碳纤维的起源

1880年，美国发明家爱迪生首先将竹子纤维碳化成丝，作为电灯泡内发光灯丝，开启了碳纤维（CarbonFiber，简称CF）的先河。碳纤维用于结构材料的首创者，则以美国UnionCarbide公司（U.C.C.）为代表，于1959年以螺距纤维为原料，经过数千百度的高温碳化后，得到弹性率约40GPa，强度约为0.7GPa的碳纤维；1965年该公司又用相同原料于3000℃高温下延伸，开发出丝状高弹性石墨化纤维，弹性率约500GPa，强度约为2.8GPa。

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　　1961年，日本大阪工业技术试验所进藤召男博士，以Polyacrylonitrile（简称PAN）聚丙烯腈为原料，经过氧化与数千度的碳化工序后，得到弹性率为 123456

　　160GPa、强度为0.7GPa的碳纤维。 123456

　　1962年，日本碳化公司（NipponCarbonCo.）用PAN为原料，制得低弹性系数（L.M.）碳纤维。东丽公司亦以PAN纤维为原料，开发了高强度CF，弹性率约为230GPa，强度约为2.8GPa，并于1966年起达到每月量产1吨的规模，与此同时他们还开发了碳化温度2000℃以上的高弹性率CF，弹性率约400GPa，强度约为2.0GPa。PAN系碳纤维产量于1992年已达6500吨／年，至2000年已超过1万t/a以上。 123456

　　虽然碳纤维需求量逐渐扩大，但于1991年冷战结束后，军事用途使用量萎缩，又因经济萧条，供需失去平衡，产业受到冲击。然而，美国波音公司新锐机型B777的生产，加上土木、建筑、汽车与复合材料应用领域的扩大，使得碳纤维产业逐渐缓步成长。

　　碳纤维的种类

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　　经高温处理后，其含碳量超过90％以上的纤维材料，称之为碳纤维。碳纤维的分类有许多方法，可依原料、性能、形态来进行分类。若依原料可分为聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纤维；沥青（Pitch）系碳纤维。其中聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纤维具有高强度、高弹性率的性质，在航空器材、体育、休闲娱乐等领域大范围使用。沥青（Pitch）系碳纤维具有的高弹性模量、高导热性等特性是聚丙烯腈系碳纤维所达不到的，通常以长纤维形态被利用。由于沥青系碳纤维为高模量级纤维，比弹性模量显著优良，故适合于支配刚性结构物轻量化并赋予其结构刚性。另外，沥青系碳纤维具有高导热性、低电阻、低热线性膨胀率及化学稳定性好等特性。

　　依机械性能可分为超高弹性率碳纤维(UHM类型)，弹性率600GPa以上，强度2500MPa以上；高弹性率碳纤维(HM类型)，弹性率350GPa～600GPa，强度2500MPa以上；中弹性率碳纤维(IM类型)，弹性率280GPa～350GPa，强度3500MPa以上；标准弹性率类型碳纤维(HT类型)，弹性率200GPa～280GPa，强度2500MPa以上；低弹性率碳纤维(LM类型)，弹性率200GPa以下，强度3500MPa以下。 123456

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