1、化學學院200911151035史穎穎1碳纖維的性能與加工碳纖維的性能與加工【摘要摘要】文章介紹了碳纖維的概念、發(fā)展與現(xiàn)狀、分類，以及碳纖維的性能與加工方法，還有碳纖維的應用。【關鍵詞關鍵詞】碳纖維分類性能電化學改性干濕法射頻法加工過程應用【正文正文】第一節(jié)第一節(jié)碳纖維概述碳纖維概述1.碳纖維的概念碳纖維，英文為CarbonFiber，簡稱CF。碳纖維是指由有機纖維經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，是纖維中含碳量在95%左右的碳纖

2、維和含碳量在99%左右的石墨纖維。2碳纖維的結構碳纖維的分子結構介于石墨與金剛石之間。目前公認的碳纖維結構是由沿纖維軸高度取向的二維亂層石墨組成。微晶的形狀、大小、取向以及排列方式與纖維的制備工藝相關。2.1結構單元石墨：六方晶系碳纖維：亂層石墨結構最基本的結構單元：石墨片層二級結構單元：石墨微晶(由數(shù)張或數(shù)十張石墨片層組成)三級結構單元：石墨微晶組成的原纖維。直徑在50nm左右，彎曲，彼此交叉的許多條帶狀組成的結構2.2皮芯層結構CF

3、由皮層、芯層及中間過渡區(qū)組成。皮層：微晶較大，排列有序。芯層：微晶減小，排列紊亂，結構不均勻。3碳纖維的缺陷3.1來源碳纖維中的缺陷主要來自兩方面：原絲帶來的缺陷與碳化過程帶來的缺陷。原絲帶來的缺陷在碳化過程中可能消失小部分，但大部分將保留下來，變成碳纖維的缺陷。而碳化過程帶來的缺陷則在碳化過程中，大量非C元素以氣體形式逸出，使纖維表面及內部形成空穴和缺陷。3.2CF中缺陷的觀察研究手段：掃描電鏡(SEM)：研究纖維表面缺陷透射電鏡(T

4、EM)：研究纖維內部結構化學學院200911151035史穎穎3國際上碳纖維的研制開發(fā)源于60年代初到進入工業(yè)化生產經歷了大約十年時間。碳纖維的主要生產國是日本和美國主要消耗的國家和地區(qū)則依次為美國、日本和西歐。日本的碳纖維產量約占世界總產量的一半但其消耗量僅占四分之一美國的碳纖維產量雖然只占世界總產量的40%但其消耗量卻占世界總消耗量的一半左右。全球碳纖維生產量最大的兩家公司均在日本其中東麗公司(Tay)于1970年投產1989年的生

5、產能力已達到2250噸。1975年投產的東邦人造絲公司(TohoBeslon)1988年的產量為1420噸1990年的產量則達到2020噸。這兩家公司還在美歐等地建有多家生產廠。2.2我國碳纖維產業(yè)發(fā)展以聚丙烯腈為原絲的碳纖維已廣泛應用于航空航天、體育用品及其它工業(yè)領域。我國自上世紀60年代開始研制碳纖維以來。已形成了以江蘇、吉林、山東和山西等的幾塊生產基地，產業(yè)化企業(yè)達10多家。近幾年，我國碳纖維行業(yè)產能有了較大增長，但實際產量仍很低

6、，質量水平和穩(wěn)定性同國外產品相比還存在很大差距，尤其是原絲的質量和數(shù)量還無法滿足碳纖維生產的要求。我國每年仍需從國外進口大量的碳纖維。我國從上世紀60年代后期開始研制碳纖維，至今已有近40年的歷史。到目前為止，工藝路線以一步法為主，紡絲方法除濕法外，也有干濕法，見表l。表1國內PAN原絲制備主要工藝路線我國碳纖維工業(yè)的今后發(fā)展，應從以下幾方面做好工作：1堅持自主創(chuàng)新發(fā)展碳纖維；2加強“產、學、研”共同開發(fā)；3發(fā)揮傳統(tǒng)化纖強勢企業(yè)在碳纖維