用碳元素高温热解控制成的纤维。1963年英国人瓦特和日本人进滕发明。用它增强的塑料、金属和碳等成品,不但比重小、刚性好、强度高、抗疲劳和耐振动,且具有耐烧蚀、自润滑等特殊性能。碳纤维是导弹弹头、高速飞机和航天器的一种重要的耐烧蚀材料。在汽车工业中,碳纤维需要量也在不断增长。
碳纤维
用碳元素拉制成的纤维。1963年,英国人瓦特和日本人进滕发明了以聚丙烯腈纤维为原料,在预氧化中加张力的方法,使碳纤维的拉伸强度和弹性模量取得重大突破,从而成为引人注目的新型材料。
碳纤维的外形酷似头发,但比头发细得多。用它增强的塑料、金属和碳等成品,不但比重小、刚性好、强度高、抗疲劳、耐振动,而且具有许多特殊的优异性能,如可调整热膨胀系数,有很好的抗烧蚀性和自润滑性,成形工艺简便,零件能整体一次成形等,因而受到工业界尤其是宇航界的重视。许多工业国家都把它列为优先开发的项目之一。碳化纤的世界年产量最初才几十克,1970年猛增到10吨,随后每年几乎以翻一番的速度增长。1982年的生产能力已达4 000吨。
直接使用纤维形状的碳纤维不多,一般只用其多向编织、缠绕、拉拨制品以及隔热填料等,板、壳一类的构件要用无纬布形式的碳纤维,靠浸渍的树脂把平行排列的纤维粘在一起。由于无维布的销量大,所以碳纤维厂通常将纤维产量的一半以上制成无纬布。织物有利于制造小曲率的零件,是常用的形式之一。
碳纤维在导弹、飞机、卫星方面的应用前景已被公认。用作导弹头部鼻锥和发动机喉衬的试验非常成功。美国生产的F—18型飞机,碳纤维占结构重量的百分之三十;垂直起落的AV—8B型飞机采用百分之二十六的碳纤维,使飞机总重量减轻百分之六。
碳纤维的另一潜在用户是汽车工业。1987年汽车工业中碳纤维需要量将与宇航工业相当。英国和日本研制成的碳纤维汽车弹簧,重量轻、刚性好、经久耐用,很受用户欢迎。
目前碳纤维发展中存在的问题,主要是价格较贵。采用廉价原料,改变碳化生产工艺,与低成本的玻璃纤维、有机芳纶纤维混用,可使纤维获得更广泛的应用。