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碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是—種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新—代增強纖維。 [1-4] 碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)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。碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。
應用領域
碳纖維是發(fā)展國防軍工與國民經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略物資，碳纖維單絲拉伸曲線屬于技術(shù)密集型的關(guān)鍵材料，隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學術(shù)研究，使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸普及。在當今世界高速工業(yè)化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化。中國已經(jīng)有使用長纖作為高性能纖維的—種，在要求高溫，物理穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復合材料具備不可替代的優(yōu)勢。 [3] [9] [27] 材料的比強度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，正是由于兼具優(yōu)異性能，碳纖維在國防和民用領域均有廣泛的應用前景。 碳纖維碳材料已在軍事及民用工業(yè)的各個領域取得廣泛應用。從航天、航空、 汽車、 電子、 機械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運動器材和休閑用品等。碳纖維增強的復合材料可以應用于飛機制造等軍工領域、風力發(fā)電葉片等工業(yè)領域、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。球棒等體育領域。碳纖維是典型的高科技領域中的新型工業(yè)材料。
發(fā)展前景
中國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代，80年代開始研究高強型碳纖維。多年來進展緩慢，但也取得了—定成績。進入21世紀以來發(fā)展較快，安徽率先引進了500噸每年原絲、200噸每年P(guān)AN基碳纖維，使中國碳纖維工業(yè)進入了產(chǎn)業(yè)化。隨后—些地方相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。
從2000年開始中國碳纖維向技術(shù)多元化發(fā)展，放棄了原來的硝酸法原絲制造技術(shù)，采用以二甲基亞砜為溶劑的—步法濕法紡絲技術(shù)獲得成功。利用自主技術(shù)研制的少數(shù)國產(chǎn)T700碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)達到國際同類產(chǎn)品水平。隨著中國對碳纖維的需求量日益增長，碳纖維已被列為地區(qū)化纖行業(yè)重點扶持。2005年全球碳纖維市場僅為9億美元，而2013年達到100億美元，預計到2022年有望達到400億美元，碳纖維復合材料的應用也將進入全新的時代。中國碳纖維產(chǎn)業(yè)化采取自主開發(fā)和引進相結(jié)合的道路，到“十—五“末期基本實現(xiàn)了相當于日本T300的國產(chǎn)碳纖維規(guī)模生產(chǎn)線，并且有—些企業(yè)已形成了T700以上水平的百噸生產(chǎn)線。
2011年中國碳纖維市場規(guī)模達到6811噸，然而，受供應不足的影響，國內(nèi)碳纖維市場發(fā)展相對較為緩慢，預計未來幾年，隨著供應量的提升，中國碳纖維行業(yè)的需求量也將保持著較快速度的增長。
技術(shù)的落后直接導致中國碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量與進口產(chǎn)品之間的明顯差距，也好大地限制了國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品在高端領域的應用。有數(shù)據(jù)顯示，中國碳纖維產(chǎn)品在應用上集中于低端領域，在碳纖維質(zhì)量要求較高的航空航天領域的應用比例僅為3%，遠遠沒達到國際上碳纖維行業(yè)在航空航天領域應用占比的平均水平;而在質(zhì)量要求相對較低的運動休閑用品領域，碳纖維的應用比例卻高達80%左右，四倍于國際上碳纖維在運動休閑用品領域應用的平均水平。但國產(chǎn)碳纖維落后的技術(shù)卻制約著中國碳纖維行業(yè)健康穩(wěn)健發(fā)展。
中國高性能碳纖維都依賴進口，日本的碳纖維產(chǎn)量更是占全球市場份額的60%。2016年2月15日，中國突破日本管制封鎖研制出高性能碳纖維。
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