第一節什麼是碳纖維
1.什麼是碳纖維
碳纖維是以粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青等有機母體纖維，經過高溫分解在1000℃～3000℃的惰性氣體下製成的一種新型合成纖維。
經過高溫分解，原來材料中碳以外的所有元素都被分離出來。所以碳纖維中碳的含量在90%以上。碳纖維的顏色為黑色，堅硬，它不僅強度高，而且重量輕。
碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它是一種合成纖維，不僅有碳材料原來的特性，還兼具紡織纖維的柔軟性和可加工性。如果單就它一種材料很難說明它性能的優越，在業內，人們一般將它和其他材料比較從而顯示它的與眾不同。碳纖維在強度上比鋼大，在密度上比鋁小，在耐腐蝕性上比不鏽鋼好，在耐熱性上比耐熱鋼還耐高溫，在導電性能上又能像銅那樣導電。此外，碳纖維還具有許多電學、熱學和力學特性。比如，碳纖維的軸向強度和模量很高，無蠕變，耐磨性也很好，比熱及導電性介於非金屬和金屬之間，熱膨脹係數小，X射線透過性好。
因而它是一種用途十分廣泛的新型材料。不過美中不足的是碳纖維的耐衝擊性比較差，容易損傷。而且在強酸中很容易發生氧化，與金屬複合會讓金屬發生碳化、滲碳及電化學腐蝕反應。因而，碳纖維要先進行表麵處理之後才能使用。
（1）碳纖維的製造
你知道嗎？世界上第一個碳纖維的製造商是TORAY，他們是1971年開始從事碳纖維（PAN基碳纖維）工業化生產的。該公司給產品取名叫“TORAYCA”，其實這個名字是TORAY碳纖維的縮寫。到目前為止，在全球領域TORAY仍然是生產和營銷碳纖維的領導者。
在全球領域，所有的碳纖維製造廠家生產的碳纖維有兩種。一種就是以聚丙烯腈為原料的PAN基碳纖維；另一種是由煤、石油加工合成瀝青基碳纖維，然後再聚合成纖維，即瀝青基的碳纖維。不過，前者在碳纖維生產中占有絕對優勢，因為PAN基的碳纖維在強度上比瀝青基的碳纖維要好一些。
說起碳纖維，很多人一定很關心它是如何做成的。下麵我們談談它的製作工藝。在PAN基碳纖維的生產過程中，首先是將聚丙烯腈通過聚合和紡紗工藝製成聚丙烯腈纖維，通常人們管聚丙烯腈纖維叫母體。接下來，將這些母體放到氧化爐裏加熱到200℃～300℃進行氧化。此外，這些原料還要在更高溫度的碳化爐（溫度為1000℃～2000℃）中碳化。
PAN基碳纖維還有粗纖維和細纖維之分。一般而言，除了常規類型的細碳纖維之外，PAN基碳纖維還包括一種被人們叫做“人絲束類型碳纖維”的粗纖維。通常，這種粗纖維的生產成本是比較低的。
一般來說，碳纖維的產品形式有4種，即纖維、布料、預浸料坯和短切纖維。其中，布料指的是由碳纖維製成的織品。預浸料坯則是將碳纖維按照一個方向一致排列，並將碳纖維或布料經樹脂浸泡使其轉化成片狀的一種產品。通常所說的短切纖維指的是短絲。
（2）碳纖維特性
關於碳纖維的特性，前麵我們已經說了不少。如人們通常所說，碳纖維是一種比鋁還要輕、比鋼還要硬的新材料。更特別的是它們的比重很小。例如它的比重是鐵的1/4，而強度卻是鐵的10倍。與它的同類——纖維比較起來你就可以初步了解碳纖維的特性。
與其他纖維相比，碳纖維也有著獨特的優越性。碳纖維的楊氏模量是傳統的玻璃纖維的3倍多，是凱芙拉纖維的2倍左右。而且，碳纖維在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，它的耐蝕性也是出類拔萃的。根據相關學者的實驗，在1981年將碳纖維浸泡在強堿氫氧化鈉溶液中，讓人吃驚的是雖然曆經20多年，它還保持著原有的纖維形態。
作為一種物質，碳纖維是由和鑽石同等材質的碳製成的。正是因為如此，碳纖維還有優越的抗張強度，它在化學組成上也十分穩定，並且抗腐蝕性也很強。碳纖維還具有包括高度的X射線穿透性，較高的抗化學、抗熱和抗低溫能力等其他特性。
正是由於碳纖維具有這些特性，所以它們在很多領域都很適用，因而也就決定了碳纖維用途的廣泛性。簡而言之，碳纖維主要用於包括體育運動，諸如用來製作高爾夫球棒和釣魚竿，或者在航空航天領域中製作飛機元件以及工業用途中。