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本文以科普形式介紹碳纖維加工流程、關(guān)鍵指標(biāo)以及最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

碳纖維通常由聚丙烯腈（PAN）纖維通過氧化和更高溫度的碳化制成。PAN是一種用于制造合成材料的基于丙烯腈的聚合物。PAN分子由長鏈制成，在合適的條件下通過對分子鏈進(jìn)行加熱時(shí)，它們會左右結(jié)合形成梯形聚合物。

通過進(jìn)一步的碳化處理，它們可以形成圓形長絲，該產(chǎn)品的碳含量約為94-95％。除了PAN，也可以使用瀝青或人造絲，但這兩種產(chǎn)生纖維品質(zhì)較低。如果將碳纖維在1500-3000攝氏度的范圍內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步熱處理，則纖維可以成為模量更高的高強(qiáng)高模碳纖維，由于其含碳量在99%以上、具有類似石墨結(jié)構(gòu)，因此又稱為石墨纖維。

通過在1500至2000度之間熱處理，纖維可以產(chǎn)生最高的抗張強(qiáng)度（> 800,000 psi）；通過將纖維材料從2500度加熱到3000度，可以獲得最高的彈性模量（77,000,000 psi）。強(qiáng)度和彈性之間的這種平衡使碳纖維發(fā)動(dòng)機(jī)罩既堅(jiān)固又耐用。

碳纖維密度約為1740 kg/m³。按照模量高低，碳纖維可以分為三種：標(biāo)準(zhǔn)模量，中模量和高模量，而纖維的拉伸強(qiáng)度大多介于2000MPa和7000MPa之間。人造絲曾經(jīng)是碳纖維最早的前驅(qū)體，并且至今仍在某些應(yīng)用如火箭中使用。

碳纖維很少單獨(dú)使用，一些常見的的處理技術(shù)包括：長絲纏繞、編織、預(yù)浸料（預(yù)浸漬的碳纖維）和拉擠成型等。在制造過程中產(chǎn)生的長絲被絞成紗線。該紗線通過其線密度進(jìn)行評級和分類。線密度由每單位長度的重量tex（每千米重量克數(shù)）確定。它可用于編織碳纖維長絲布或織物?？椢锷系膱D案通常取決于紗線的密度和所選的編織方式。

那么碳纖維在哪里？如果您一直在尋找碳纖維復(fù)合材料，您可能會發(fā)現(xiàn)它很難找到。所有這些碳纖維都去哪兒了？全球范圍內(nèi)碳纖維短缺，主要是因?yàn)槿齻€(gè)最大的用戶購買碳纖維的速度比其生產(chǎn)速度快。

首先是軍事領(lǐng)域。由于碳纖維的重量比某些金屬輕100倍，因此非常適合飛機(jī)使用。F-22 Raptor具有超過350個(gè)碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料零件。聯(lián)合戰(zhàn)斗機(jī)近1/3由碳纖維和玻璃纖維制成。除上述飛機(jī)外，碳纖維還用于黑鷹直升機(jī)、防彈衣、頭盔、皮套和無數(shù)其他軍事應(yīng)用。此外，在隱身技術(shù)中也已經(jīng)大量使用了碳纖維。

碳纖維的第二大買家是空客公司?？湛蚐uperjumbo A380和A350由大量碳纖維制成。A380飛機(jī)很大，可容納850名乘客，并且翼展大于足球場的長度！

第三個(gè)買家是波音公司。他們正在制造787 Dreamliner。它含有50％的碳纖維，重量很輕，可以從英國飛往澳大利亞而無需加油。