碳纖維是什麼材料

碳纖維是複合材料

碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼的大、密度比鋁的小、比不鏽鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，具有許多寶貴的電學、熱學和力學效能的新型材料。用碳纖維與塑膠製成的複合材料所做的飛機不但輕巧，而且消耗動力少，推力大，噪音小；用碳纖維制電子計算機的磁碟，能提高計算機的儲存量和運算速度；用碳纖維增強塑膠來製造衛星和火箭等宇宙飛行器，機械強度高，質量小，可節約大量的燃料。1999年發生在南聯盟科索沃的戰爭中，北約使用石墨炸彈破壞了南聯盟大部分電力供應，其原理就是產生了覆蓋大範圍地區的碳纖維雲，這些導電性纖維使供電系統短路。

目前，人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維，只能採用一些含碳的有機纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）做原料，將有機纖維跟塑膠樹脂結合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強下強熱炭化而成

碳纖維是纖維狀的碳材料，其化學組成中含碳量在90%以上。由於碳的單質在高溫下不能熔化（在3800K以上升華），而在各種溶劑中都不溶解，所以迄今無法用碳的單質來制碳纖維。

碳纖維可透過高分子有機纖維的固相碳化或低分子烴類的氣相熱解來製取。上前世界上產生的銷售的碳纖維絕大部分都是用聚丙烯腈纖維的固相碳化製得的。其產生的步驟為A預氧化：在空氣中加熱，維持在200-300度數十至數百分鐘。預氧化的目的為使聚丙烯腈的線型分子鏈轉化為耐熱的梯型結構，以使其在高溫碳化時不熔不燃而保持纖維狀態。B碳化：在惰性氣氛中加熱至1200-1600度，維持數分至數十分鐘，就可生成產品碳纖維；所用的惰性氣體可以是高純的氮氣、氬氣或氦氣，但一般多用高純氮氣。C石墨化：再在惰性氣氛（一般為高純氬氣）加熱至2000-3000度，維持數秒至數十秒鐘；這樣生成的碳纖維也稱石墨纖維。

碳纖維有極好的纖度（纖度的表示法之一是9000米長的纖維的克數），一般僅約為19克；拉力高達300KG/MM2；還有耐高溫、耐腐蝕、導電、傳熱、彭脹係數小等一系列優異效能。目前幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那麼多的優異效能。

目前，碳纖維主要是製成碳纖維增強塑膠來應用。這種增強塑膠比鋼、玻璃鋼更優越，用途非常廣泛，如製造火箭、宇宙飛船等重要材料；製造噴氣式發動機；製造耐腐蝕化工裝置等。

羽毛球：現在大部分羽毛球拍杆由碳纖維製成。

【碳纖維】

carbonfibre

含碳量高於90％的無機高分子纖維。其中含碳量高於99％的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導電性介於非金屬和金屬之間，熱膨脹係數小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好。但其耐衝擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發生氧化，與金屬複合時會發生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現象。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理

碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化製得；按狀態分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學效能分為通用型和高效能型。通用型碳纖維強度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高效能型碳纖維又分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大於4000MPa的又稱為超高強型；模量大於450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業的發展，還出現了高強高伸型碳纖維，其延伸率大於2％。用量最大的是聚丙烯腈基碳纖維。

碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成複合材料。碳纖維增強的複合材料可用作飛機結構材料、電磁遮蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用於製造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。

碳纖維由聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或粘膠維等經氧化、炭化等過程製得的含碳量為90%以上的纖維。

碳纖維主要由碳元素組成，具有耐高溫、抗摩擦、導熱及耐腐蝕等特性 外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由於其石墨微晶結構沿纖維軸擇優取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量