碳纤维及其复合材料

碳纤维及其复合材料

煤，在以前大家一定都挺熟悉的，煤就是碳的混合物。在自然界里，碳以三种不同的形式存在，就是炭、石墨和金刚石。碳有这三种不同存在形式是由碳原子的排列方式不同引起的，炭是非晶体，石墨是多晶体，而金刚石是单晶体，就是钻石。当然，它们的性能也大不一样。

科技人员通过不断的探索，研制成功了一种由碳元素组成的、具有石墨结构那样的一种特种纤维——碳纤维。它也具有石墨一样的优异性能，它沿纤维轴方向表现出很高的强度，是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又像铜那样能导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型纤维。同时，它又相当柔软，可加工成各种织物。这种纤维因制造原料和工艺的不同，碳含量也会略有差异，一般在90%以上。

这样好的性能的纤维作什么用呢？

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量等综合指标，在现有结构材料中是最高的一种。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的邻域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

这样的复合材料无论是在我们的生活、工业生产、军事还是航天事业上都有不可替代用途。

在我们的生活中用到的有，如一些高档羽毛球拍、网球拍和钓鱼竿，以及撑杆跳的撑杆都是由碳纤维和树脂复合材料制成的。

在化学工业中，用碳纤维复合材料可制造耐腐蚀化工设备；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度。

当然碳纤维复合材料的最重要用途还在军事和航天方面。

用碳纤维与树脂制成的复合材料所做的飞机非常轻巧，消耗动力少、噪音小；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1／4，占机翼重量的1／3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件喷嘴，以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。

利用碳纤维的导电性，可制造印刷厂、纺织厂等所需的抗静电刷；可制抗静电防尘服、耐高温消静电过滤网等。

也有直接把碳纤维用于战争的。那是1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。

目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、黏胶丝等）做原料，将其中的氧及其他元素“烧”掉，转化为碳纤维。也有通过低分子烃类的气相热解来制取的。

目前世界上生产、销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维（即人造羊毛）直接固相碳化制得的。