碳纖維的起源
1880年，美國發(fā)明家愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲，作為電燈泡內(nèi)發(fā)光燈絲，開啟了碳纖維（CarbonFiber，簡稱CF）的先河。碳纖維用于結(jié)構(gòu)材料的首創(chuàng)者，則以美國UnionCarbide公司（U.C.C.）為代表，于1959年以螺距纖維為原料，經(jīng)過數(shù)千百度的高溫碳化后，得到彈性率約40GPa，強(qiáng)度約為0.7GPa的碳纖維；1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸，開發(fā)出絲狀高彈性石墨化纖維，彈性率約500GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa。
1961年，日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所進(jìn)藤召男博士，以Polyacrylonitrile（簡稱PAN）聚丙烯腈為原料，經(jīng)過氧化與數(shù)千度的碳化工序后，得到彈性率為
160GPa、強(qiáng)度為0.7GPa的碳纖維。
1962年，日本碳化公司（NipponCarbonCo.）用PAN為原料，制得低彈性系數(shù)（L.M.）碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料，開發(fā)了高強(qiáng)度CF，彈性率約為230GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa，并于1966年起達(dá)到每月量產(chǎn)1噸的規(guī)模，與此同時(shí)他們還開發(fā)了碳化溫度2000℃以上的高彈性率CF，彈性率約400GPa，強(qiáng)度約為2.0GPa。PAN系碳纖維產(chǎn)量于1992年已達(dá)6500噸／年，至2000年已超過1萬t/a以上。
雖然碳纖維需求量逐漸擴(kuò)大，但于1991年冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事用途使用量萎縮，又因經(jīng)濟(jì)蕭條，供需失去平衡，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而，美國波音公司新銳機(jī)型B777的生產(chǎn)，加上土木、建筑、汽車與復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，使得碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長。
碳纖維的種類
經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90％以上的纖維材料，稱之為碳纖維。碳纖維的分類有許多方法，可依原料、性能、形態(tài)來進(jìn)行分類。若依原料可分為聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纖維；瀝青（Pitch）系碳纖維。其中聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系碳纖維具有高強(qiáng)度、高彈性率的性質(zhì)，在航空器材、體育、休閑娛樂等領(lǐng)域大范圍使用。瀝青（Pitch）系碳纖維具有的高彈性模量、高導(dǎo)熱性等特性是聚丙烯腈系碳纖維所達(dá)不到的，通常以長纖維形態(tài)被利用。由于瀝青系碳纖維為高模量級(jí)纖維，比彈性模量顯著優(yōu)良，故適合于支配剛性結(jié)構(gòu)物輕量化并賦予其結(jié)構(gòu)剛性。另外，瀝青系碳纖維具有高導(dǎo)熱性、低電阻、低熱線性膨脹率及化學(xué)穩(wěn)定性好等特性。
依機(jī)械性能可分為超高彈性率碳纖維(UHM類型)，彈性率600GPa以上，強(qiáng)度2500MPa以上；高彈性率碳纖維(HM類型)，彈性率350GPa～600GPa，強(qiáng)度2500MPa以上；中彈性率碳纖維(IM類型)，彈性率280GPa～350GPa，強(qiáng)度3500MPa以上；標(biāo)準(zhǔn)彈性率類型碳纖維(HT類型)，彈性率200GPa～280GPa，強(qiáng)度2500MPa以上；低彈性率碳纖維(LM類型)，彈性率200GPa以下，強(qiáng)度3500MPa以下。
