堤

[拼音]：tanxianwei

[英文]：carbon fibre

含碳量高於90％的無機高分子纖維（見彩圖），其中含碳量高於99％的稱為石墨纖維。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，耐藥品性好，纖維的密度低，X射線透過性好。缺點是耐衝擊性較差，容易損傷；在熱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。為此複合前須經表面處理，包括鍍鎳等。

沿革

碳纖維最早由美國聯合碳化物公司和美國空軍材料實驗室於1959年投產，原絲採用粘膠纖維。1962年，日本碳公司進行了通用級聚丙烯腈基碳纖維的生產。1971年，日本東麗公司的高效能聚丙烯腈基碳纖維投產。瀝青基碳纖維是日本吳羽化學工業公司於1973年投產的。聯合碳化物公司生產了高模量瀝青基碳纖維，1985年，美國、日本及西歐的聚丙烯腈基碳纖維年生產能力共約有7.25kt，瀝青基碳纖維為1.28kt。

分類

碳纖維按原絲種類可分為聚丙烯腈基、瀝青基、粘膠基及酚醛基等，按力學效能則可分為通用型(GP)與高效能型(HP)兩類。通用型碳纖維強度 1000MPa、模量100GPa左右，高效能型碳纖維又可分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型(模量在 300GPa以上)。強度大於4000MPa者稱為超高強型;模量大於450GPa者稱為超高模型。隨著航天和航空工業的發展，還出現了高強高伸型（強度大於 49000MPa、延伸度大於2％）新品種。80年代，用量最大是強度3～35000MPa、模量150～300GPa的聚丙烯腈基碳纖維，約佔碳纖維總量的80％、高效能碳纖維的99％，被稱為碳纖維的標準品。

生產方法

（1）原絲製備，聚丙烯腈和粘膠原絲主要採用溼法紡絲製得，瀝青和酚醛原絲則採用熔體紡絲製得。製備高效能聚丙烯腈基碳纖維需採用高純度、高強度和質量均勻的聚丙烯腈原絲，製備原絲用的共聚單體為衣康酸等。製備各向異性的高效能瀝青基碳纖維需先將瀝青預處理成中間相、預中間相（苯可溶各向異性瀝青）和潛在中間相（喹啉可溶各向異性瀝青）等。作為燒蝕材料用的粘膠基碳纖維，其原絲要求不含鹼金屬離子。

（2）預氧化(聚丙烯腈纖維200～300℃)、不熔化（瀝青200～400℃）或熱處理(粘膠纖維240℃)，以得到耐熱和不熔的纖維，酚醛基碳纖維無此工序。

（3）碳化，其溫度為：聚丙烯腈纖維1000～1500℃，瀝青1500～1700℃，粘膠纖維400～2000℃。

（4）石墨化，聚丙烯腈纖維為2500～3000℃，瀝青2500～2800℃，粘膠纖維3000～3200℃。

（5）表面處理，進行氣相或液相氧化等，賦予纖維化學活性，以增大對樹脂的親和性。

（6）上漿處理，防止纖維損傷，提高與樹脂母體的親和性。所得纖維具有各種不同的斷面結構（見圖）。

用途

碳纖維有長絲、短纖維、短切纖維等，可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料，如金屬塗層纖維。長絲和纖維織物一般加工成預浸料。此外，還可不經碳化和石墨化生產聚丙烯腈預氧化絲和活性炭纖維。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，常加入樹脂（見彩圖）、金屬、陶瓷和混凝土等，構成相應的複合材料，用於製作飛機結構材料、火箭外殼、宇宙機械、高爾夫球棒、球拍、機動船、電波遮蔽除電材料、電視機天線、離心分離機的高速轉子、工業機器人、汽車板簧及驅動軸、人工韌帶等身體代用材料等。