碳纤维

碳纤维工艺

现代炭纤维工业化的路线是前驱纤维炭化工艺法，所用3种原料纤维的组成、碳含量等见表。

制造炭纤维用的原纤维名 称化学组分碳含量/%炭纤维收率/%黏胶纤维(C6H10O5)n4521～35聚丙烯腈纤维(C3H3N)n6840～55沥青纤维C，H9580～90

采用这3种原纤维制造炭纤维的流程都包括：稳定化处理(在200～400℃空气，或用耐燃试剂等化学处理)，炭化(400～1400℃，氮气)和石墨化(1800℃以上，氩气气氛下)。为了提高炭纤维与复合材料基质的粘接性能需进行表面处理、上浆、干燥等工序。

另一种制造炭纤维的方法是气相生长法。将甲烷与氢的混合气体在催化剂的存在下，于1000℃高温下反应，可制得不连续的短切炭纤维，Z大长度可达50 cm。其结构不同于聚丙烯腈基或沥青基炭纤维，易石墨化，力学性能良好，导电性高，易形成层间化合物。(见气相生长炭纤维)

碳纤维分类及命名

现在炭纤维的主要产品有聚丙烯腈基，沥青基及黏胶基3大类，每一类产品又因原纤维种类、工艺及Z终炭纤维性能等不同，又分成许多品种。“炭纤维”一词实际上是多种炭纤维的总称，因此分类及命名就十分重要。

20世纪70年代末期，国际理论与应用化学联合会(IUPAC)曾对炭纤维的分类和命名作了规定。首先用PAN(聚丙烯腈)，MP(中间相沥青)及VS(黏胶)表示炭纤维的类别，再以小写英文字母表示热处理温度如lht(表示热处理温度，低于1400℃)，hht(热处理温度在2000℃以上)，然后再加上表示性能的符号(如HT表示高强、HM高模、SHT超高强、HTHS高强高应变、IM中模及UHM超高模等)。同时指出，聚丙烯腈基，黏胶基及普通型沥青基炭纤维均属难石墨化的聚合物炭，而中间相沥青基炭纤维及气相生长的炭纤维是易石墨化炭。