碳纖維是什么？優勢在哪？產業鏈圖解

1 碳纖維是什么

碳纖維是一類高分子纖維，碳纖維的外觀呈黑色。主要是由聚丙烯腈、瀝青、粘膠等有機母體纖維在高溫環境下裂解碳化形成的含碳量在 90%以上的碳主鏈結構無機高分子纖維。

2 碳纖維的性能優勢

(1)強度比鋼高：抗拉強度在3500MPa以上，

(2)模量高：彈性模量在230GPa以上，目前已大量生產的高性能纖維中具有最高比模量(模量/密度)的纖維

(3)密度小，比強度高：密度是鋼的1/4,是鋁合金的1/2,比強度比鋼大16倍，比鋁合金大12倍，目前已大量生產的高性能纖維中具有最高比強度(強度/密度)纖維

(4)耐超高溫：在非氧化氣氛條件下，可在2000°C時使用，在3000°C的高溫下不融熔軟化

(4)耐低溫：在-180C低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊很柔軟

(5)耐酸、耐油、耐腐蝕：能耐濃鹽酸、磷酸等介質侵蝕，其耐腐蝕性能超過黃金和鉑金，同時擁有較好的耐油、耐腐蝕性能

(6)熱膨脹系數小，導熱系數大：可以耐急冷急熱，即使從3000C的高溫突然降到室溫也不會炸裂

(7)良好的可加工、可設計性

廣泛應用于航空航天、國防、能源、體育用品、汽車工業、軌道交通、建筑補強等領域，是一種發展國防軍工和國民經濟亟需的戰略性新興材料。

3 碳纖維產業鏈

碳纖維完整的產業鏈從原油到終端應用的完整制造過程。首先從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制得丙烯，并經氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈經聚合和紡絲工序得到聚丙烯腈原絲，原絲再經過預氧化、低溫和高溫碳化過程得到碳纖維，碳纖維可加工成碳纖維織物、碳纖維預浸料等制品，然后與樹脂、陶瓷等材料結合形成碳纖維復合材料，最后由各種成型工藝得到終端工業產品。

4 碳纖維分類

(1)按原絲類型：①聚丙烯腈(PAN)基碳纖維，成品品質優異，工藝較簡單，力學性能優良;②瀝青基碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高，但原料調制復雜，產品性能較低，產量有限;③粘膠基碳纖維(纖維素基、人造絲基)，具有高耐溫性，但碳化收率低，技術難度大，設備復雜，成本高，主要用于耐燒蝕材料及隔熱材料，產量有限

(2)按照形態：①長絲，主要應用在工業結構件和宇航結構件中;②短纖維和短切纖維，主要應用在建筑行業，如短碳纖維石墨低頻電磁屏蔽混凝土、工業用碳纖維氈等

(3)制造條件及方法：碳纖維 800-1600°C、石墨纖維 2000-3000°C、氧化纖維 預氧絲 200-300°C、活性碳纖維、氣相生長碳纖維

(4)力學性能：①高強型(GQ)，拉伸強度 3500-5000MPa，拉伸模量 220-260GPa;②高強中模型(QZ)，拉伸強度 4500-7500MPa，拉伸模量 260-350GPa;③高模型(GM) 拉伸強度 3000-3500MPa，拉伸模量 350-400GPa;④高強高模型(QM) 拉伸強度 3500-7000MPa，拉伸模量 350-700GPa

(5)絲束規格：①小絲束，主要包括 1K、3K、6K、12K、24K，小絲束性能優異但價格較高，產量規模較小，一般用于航天軍工等高科技領域，以及體育用品中產品附加值較高的產品類別，如飛機、導彈、火箭、衛星和漁具、高爾夫球桿、網球拍等;②大絲束主要指 24K以上的規格型號，包括 48K、50K、60K、80K、120K等，大絲束產品性能相對較低但制備成本亦較低，主要應用于工業領域，包括紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等

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