碳纖維魔方優點
其軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高温，耐疲勞性好，比熱及導電性介於非金屬和金屬之間，熱膨脹係數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。
碳纖維魔方優點
其軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環境下耐超高温，耐疲勞性好，比熱及導電性介於非金屬和金屬之間，熱膨脹係數小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。
擴展資料
碳纖維
碳纖維（carbon fiber）是指含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維，其耐高温居所有化纖之首，被譽為“新材料之王”。
碳纖維用腈綸和粘膠纖維做原料，經高温氧化碳化而成，是製造航天航空等高技術器材的優良材料。
中文名稱
碳纖維
外文名稱
carbon fiber
別名
碳稻纖維
性質
一維結構碳材料
特點
有一定的活性
碳纖維材料碳纖維等級碳纖維工藝碳纖維用途碳纖維複合材料碳纖維預浸布碳纖維是什麼材料碳纖維材料是什麼石墨纖維碳纖維材料的優缺點
介紹
由碳元素組成的一種特種纖維。具有耐高温、抗摩擦、導電、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。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等複合，製造先進複合材料。碳纖維增強環氧樹脂複合材料，其比強度及比模量在現有工程材料中是最高的。
簡史
1879年愛迪生曾用纖維素纖維，如竹、亞麻或棉紗為原料，首先製得碳纖維並獲得專利，但當時製得的纖維力學性能很低，工藝也不能工業化，未能獲得發展。
20世紀50年代初，由於火箭、航天及航空等尖端技術的發展，迫切需要比強度、比模量高和耐高温的新型材料，另外，採用前驅纖維為原料經熱處理的工藝可製得碳纖維連續長絲，這一工藝奠定了碳纖維工業化的基礎。40多年來，碳纖維經歷的重大技術進展如下:
20世紀50年代初，美國Wright-Patterson空軍基地以黏膠纖維為原料，試製碳纖維成功，產品作火箭噴管和鼻錐的燒蝕材料，效果很好。1956年美國聯合碳化物公司試製高模量黏膠基碳纖維成功，商品名"Thornel-25"投放市場，同時開發了應力石墨化的技術，提高碳纖維的強度與模量。
20世紀60年代初，日本進藤昭男發明了以聚丙烯腈(PAN)纖維為原料製取碳纖維的方法，並取得了專利。1963年日本碳公司及東海電極公司用進藤的專利開發聚丙烯腈基碳纖維。1965年日本碳公司工業化生產普通型聚丙烯腈基碳纖維成功。1964年英國皇家航空研究中心(RAE)通過在預氧化時加張力試製出高性能聚丙烯腈基碳纖維。由Courtaulds公司，Hercules公司和Rolls-Royce公司採用RAE的技術進行工業化生產。
1965年日本大谷杉郎首先製成了聚氯乙烯瀝青基碳纖維，並發表了先驅性的瀝青基碳纖維的研究報告。
1969年日本碳公司開發高性能聚丙烯腈基碳纖維獲得成功。1970年日本東麗(Toray Textile Inc.)公司依靠先進的聚丙烯腈原絲技術，並與美國聯合碳化物公司交換碳化技術，開發高性能聚丙烯腈基碳纖維。1971年東麗公司將高性能聚丙烯腈基碳纖維產品(Torayca)投放市場。隨後產品的性能、品種、產量不斷髮展，至今仍處於世界領先地位。此後，日本東邦、旭化成、三菱人造絲及住友公司等相繼投入聚丙烯腈基碳纖維的生產行列。(見聚丙烯腈基碳纖維)
1970年日本吳羽化學工業公司採用大谷杉郎的專利，首先建成年產120t普通型(GPCF)瀝青基碳纖維的生產廠，1978年產量增到240t。該產品被用作水泥增強材料後，發現效果很好，1984年產量增至400t，1986年再次增加到900t。1976年美國聯合碳化物公司生產高性能中間相瀝青基碳纖維(HPCF)成功，年產量為113t，1982年增至230t，1985年增至311t。
1982年起，日本東麗、東邦、日本碳公司、美國Hercules、Celanese公司、英國Courtaulds公司等，先後生產出高強、超高強、高模量、超高模量、高強中模以及高強高模等類型高性能產品，碳纖維拉伸強度從3.5GPa提高到5.5GPa，小規模產品達7.0GPa。模量從230GPa提高到600GPa，這是碳纖維工藝技術的重大突破，使應用開發進入一個新的高水平階段。
1981年起瀝青科學取得重大進展，開發出幾種調製中間相瀝青的新工藝，如日本九州工業試驗所的預中間相法，美國EXXON公司的新中間相法，日本羣馬大學開發的潛在中間相法，促進了高性能瀝青基碳纖維的開發。隨後日本三菱化成化學公司、大阪煤氣公司、新日鐵公司陸續建成一批不同規格的高性能碳纖維生產廠。其特點是模量增高的同時也增高強度。20世紀80年代是瀝青基碳纖維的興旺發展時期。
黏膠基碳纖維自20世紀60年代中期以後沒有發展，僅生產少量產品供軍工及特種部門使用。
工藝
現代碳纖維工業化的路線是前驅纖維炭化工藝法，所用3種原料纖維的組成、碳含量等見表。
製造碳纖維用的原纖維名 稱化學組分碳含量/%碳纖維收率/%黏膠纖維(C6H10O5)n4521~35聚丙烯腈纖維(C3H3N)n6840~55瀝青纖維C，H9580~90
採用這3種原纖維製造炭纖維的流程都包括:穩定化處理(在200~400℃空氣，或用耐燃試劑等化學處理)，碳化(400~1400℃，氮氣)和石墨化(1800℃以上，氬氣氣氛下)。為了提高炭纖維與複合材料基質的粘接性能需進行表面處理、上漿、乾燥等工序。
另一種製造碳纖維的方法是氣相生長法。將甲烷與氫的混合氣體在催化劑的存在下，於1000℃高温下反應，可製得不連續的短切碳纖維，最大長度可達50cm。其結構不同於聚丙烯腈基或瀝青基碳纖維，易石墨化，力學性能良好，導電性高，易形成層間化合物。(見氣相生長炭纖維)
分類及命名
現在碳纖維的主要產品有聚丙烯腈基，瀝青基及黏膠基3大類，每一類產品又因原纖維種類、工藝及最終碳纖維性能等不同，又分成許多品種。"碳纖維"一詞實際上是多種碳纖維的總稱，因此分類及命名就十分重要。
20世紀70年代末期，國際理論與應用化學聯合會(IUPAC)曾對炭纖維的分類和命名作了規定。首先用PAN(聚丙烯腈)，MP(中間相瀝青)及VS(黏膠)表示碳纖維的類別，再以小寫英文字母表示熱處理温度如lht(表示熱處理温度，低於1400℃)，hht(熱處理温度在2000℃以上)，然後再加上表示性能的符號(如HT表示高強、HM高模、SHT超高強、HTHS高強高應變、IM中模及UHM超高模等)。同時指出，聚丙烯腈基，黏膠基及普通型瀝青基碳纖維均屬難石墨化的聚合物炭，而中間相瀝青基炭纖維及氣相生長的碳纖維是易石墨化碳。
在第三次國際碳纖維會議上(1985年，倫敦)，曾建議按力學性能將碳纖維分成下列5級。
超高模量級(UHM):模量在395GPa以上
高模量級(HM):模量在310~395GPa間
中模量級(IM):模量在255~310GPa間
超高強度級(UHT):強度在3.5GPa以上
模量在255GPa以下
高強度級(HT):強度達3.5GPa。
這兩種分級法都有不足之處。現在高性能碳纖維產品分類由製造商自行標明:原纖維種類、單絲孔數、直徑、排列方式(如平行、纏結、加捻等)，有無表面處理(及其種類)，有無上漿(及漿劑種類)等。一些重要的高性能商品名稱及性能，可見聚丙烯腈基炭纖維和瀝青基炭纖維。
