碳纖維是含碳量高於90%的無機高分子纖維 。其中含碳量高於99%的稱石墨纖維。
基本介紹
- 中文名：碳森碳纖維
- 外文名：Carbon carbon fiber
- 特點：強度高，耐疲勞性好
- 用途：保溫絕熱材料
特點,分類,用途,產量,中國發展,自然能源,
特點
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，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好。但其耐衝擊性較差，容易損傷，在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。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。
分類
碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化製得；按狀態分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學性能分為通用型和高性能型 。通用型碳纖維強度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型（強度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強度大於4000MPa的又稱為超高強型；模量大於450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業的發展，還出現了高強高伸型碳纖維，其延伸率大於2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纖維。
用途
碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨使用，多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成複合材料。碳纖維增強的複合材料可用作飛機結構材料、電磁禁止除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用於製造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。
碳纖維是軍民兩用新材料，屬於技術密集型和政治敏感的關鍵材料。以前，以美國為首的巴黎統籌委員會(COCOM)， 對當時的社會主義國家實行禁運封鎖政策， 1994年3月，COCOM雖然已解散，但禁運封鎖的陰影仍籠罩在上空，先進的碳纖維技術仍引不進來，特別是高性能PAN基原絲技術，即使我國進入WTO，形勢也不會發生大的變化。因此，除了國人繼續自力更生髮展碳纖維工業外，別無其它選擇。
產量
目前世界碳纖維產量達到4萬噸/年以上，全世界主要是日本東麗、東邦人造絲和三菱人造絲三家公司以及美國的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司，以及德國SGL西格里集團，韓國泰光產業，我國台灣省的台塑集團，等少數單位掌握了碳纖維生產的核心技術，並且有規模化大生產。目前在祖國大陸還沒有一個年產100t的規模化碳纖維工廠，大多還處於中試放大階段。值得一提的是我國台灣省的台塑集團，在80代年中期從美國Hitco公司引進百噸級碳纖維生產線，經消化、吸收和配套後得到迅速發展，台塑產量增加很快，但碳纖維質量的提高幅度並不大。
中國發展
我國對碳纖維的研究開始於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，但也取得了一定成績。進入21世紀以來發展較快，安徽華皖碳纖維公司率先引進了500噸/年原絲、200噸/年PAN基碳纖維(只有東麗碳纖維T300水平)，使我國碳纖維工業進入了產業化。隨後，一些廠家相繼加入碳纖維生產行列。據不完全統計，目前，我國已有12家生產規模大小不一(5～800噸/年)的PAN基碳纖維生產廠家，合計生產能力為1310噸/年，產品規格為1K、3K、6K、12K。但由於一些企業沒有原絲可燒，實際國內碳纖維的總產量不足40噸/年，而且產品質量不太穩定，大多數達不到T300水平。可喜的是從2000年開始我國碳纖維向技術多元化發展，放棄了原來的硝酸法原絲製造技術，採用以二甲基亞碸為溶劑的一步法濕法紡絲技術獲得成功。目前利用自主技術研製的少數國產T300、T700碳纖維產品已經達到國際同類產品水平。
隨著近年來我國對碳纖維的需求量日益增長，碳纖維已被列為國家化纖行業重點扶持的新產品，成為國內新材料行業研發的熱點。據不完全統計，目前擬建和在建的碳纖維生產企業有11家，合計生產能力為原絲7100噸/年、碳纖維1560噸/年，其中在建企業為4家，合計生產能力為原絲1100噸/年、碳纖維470噸/年。
儘管我國碳纖維生產發展緩慢，而消費量卻一直在逐漸增加，市場需求旺盛。主要用途包括體育器材、一般工業和航空航天等，其中體育休閒用品的使用量最大，占消費量的約80%～90%。我國碳纖維的需求量已超過3000噸/年，2010年將突破5000噸/年。主要套用領域為：成熟市場有航空航天及國防領域(飛機、火箭、飛彈、衛星、雷達等)和體育休閒用品(高爾夫球桿、漁具、網球拍、羽毛球拍、箭桿、腳踏車、賽艇等)；新興市場有增強塑膠、壓力容器、建築加固、風力發電、摩擦材料、鑽井平台等；待開發市場有汽車、醫療器械、新能源等。
我國碳纖維複合材料的研製開始於20世紀70年代中期，經過近40年的發展，已取得了長足進展，在航天主導產品(彈、箭、星、船)上得到了廣泛套用。近年來，我國體育休閒用品及壓力容器等領域對碳纖維的需求迅速增長，航空航天技術的快速發展急需高性能碳纖維及其複合材料等，市場需求更加旺盛。
為了滿足國內市場對碳纖維不斷增長的需求，應儘快實現我國碳纖維工業的國產化和規模化。為此，必須加快技術創新，掌握核心技術；加速原絲技術開發，研製高純度原絲；強化套用研究和市場開發，進一步擴大套用領域。碳纖維在我國大有發展前途，但應總結滌綸等化纖發展的經驗教訓，避免盲目發展，實現健康發展。
為了大型飛機的製造和航空航天事業的發展，我國還必須儘快地實現高強中模型碳纖維的產業化。但是，因為高性能碳纖維是發展航空航天等尖端技術必不可少的材料，長期受到以美國為首的巴黎統籌委員會的封鎖。雖然“巴統”在1994年3月解散了，但禁運的陰影仍然存在。即使對我國解除了禁運，開始也只能是通用級碳纖維，而不會向我們出售高性能碳纖維技術和設備。因此，發展高性能碳纖維必須要靠我們自己。我國化學纖維工業“十一·五”發展規劃中提出了“從以增加數量為主轉向大力發展高新技術纖維”，特別是把事關國家產業安全的高新技術纖維材料作為重中之重，而且碳纖維被列為首位，是國家迫切需要短期內突破的高新技術纖維品種，為我國碳纖維的發展創造了條件，我們要抓住這一機遇，自力更生、努力創新，發展具有自己智慧財產權的碳纖維，以滿足不斷增長的市場需求。國家“863 計畫”以及有關部委都在關心我國碳纖維工業的發展及其產業化步伐，並給予強有力的支持，許多材料專家也扎紮實實的做了許多工作。“十一五”期間，我國又啟動了相關“973計畫”。相信“十一五”將是我國碳纖維工業產業化的黃金時代。
“碳森u”是碳纖維採暖領域的節能形象標識，是碳纖維採暖領域研發人員自發設計的節能形象標識，在國際能源日益短缺的今天，新一代的新型採暖材料開始出現在民用領域，提倡綠色環保舒適節能的理念走進了千家萬戶。
自然能源
碳纖維目前在替代採暖材料核心發熱體上也有新的貢獻，國外，在很多節能採暖設備的核心發熱體上已經由以前普遍採用的金屬材料逐步升級到碳纖維材料，碳纖維材料在採暖方面的套用主要考慮利用了材料的耐腐蝕，抗氧化（金屬容易氧化造成局部擊穿），高穩定性，壽命更長（很多產品在300攝氏度下普遍能夠達到穩定工作100000小時的時間），熱轉換率高（97%以上）等特點。由於我國在碳纖維材料生產研發方面相對還處在落後的境況，高質量的碳纖維材料還是依靠日韓進口，所以價格居高不下，但隨著國內合資、合作形式的出現，以碳纖維為核心技術的產品卻已經走入了尋常消費者的家中。
碳纖維發熱線纜、碳纖維電熱片、碳纖維光波管、碳纖維壁掛式散熱器等越來越多的採暖產品已經開始在提倡環保的今天嶄露頭角。
碳森的標識已經被越來越多的環保人士所熟知，新一代的採暖革命也由此在全國開始了新一輪的發展。
“綠色環保，舒適健康”是碳纖維採暖中反覆提倡的口號，標識的出現已經開始在碳纖維採暖領域中逐漸深入民心，真正讓節能環保碳纖維採暖產品體現出口號的內涵，真正提倡節能減排綠色環保的理念。
