碳纤维

由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性 外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。

20世纪50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技术的发展，迫切需要比强度、比模量高和耐高温的新型材料，另一方面，采用前驱纤维为原料经热处理的工艺可制得炭纤维连续长丝，这一工艺奠定了炭纤维工业化的基础。40多年来，炭纤维经历的重大技术进展如下：

20世纪50年代初，美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料，试制炭纤维成功，产品作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料，效果很好。1956年美国联合碳化物公司试制高模量黏胶基炭纤维成功，商品名“Thornel—25”投放市场，同时开发了应力石墨化的技术，提高炭纤维的强度与模量。

20世纪60年代初，日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取炭纤维的方法，并取得了专利。1963年日本碳公司及东海电极公司用进藤的专利开发聚丙烯腈基炭纤维。1965年日本碳公司工业化生产普通型聚丙烯腈基炭纤维成功。

发展展望

20世纪90年代初，高性能及超高性能炭纤维已问世，预料今后工作将致力于完善工艺、扩大生产、降低成本和开发应用。一些特种炭纤维，如抗氧化炭纤维(以提高复合材料的使用温度)、低纤度炭纤维(做0.035 mm超薄型预浸带用)、高导热低电阻炭纤维(以满足屏蔽电磁、射频干扰用，并可散发多余的热能)、低热膨胀系数炭纤维(供卫星天线系统、反射镜等用)，中空炭纤维(用于飞机制造工业，提高复合材料的冲击韧性，核反应堆中的高温过滤介质，分离生物分子血清和血浆用的介质)和活性炭纤维，随着科学及工程的发展会有很大发展。气相生长炭纤维近期内在稳定工艺 ，连续化生产方面会有明显进展，工业化生产的日期预料不会太远。

未来发展

碳纤维的多功能性让国际市场的需求急遽上升，碳纤维的制造商无不努力提升产能以满足需求。市场上碳纤维供不应求的因素可归纳如下：

体育用品　在碳纤维的应用中，最早应用聚丙烯腈碳纤维的是钓鱼竿。现在世界上碳纤维鱼竿的年生产量是1,200万根左右，相当于使用碳纤维约1,200公吨。至于高尔夫球杆是在1972年起开始使用碳纤维，至今世界上碳纤维杆的年生产量约4,000万根左右，相当于2,000公吨碳纤维的用量。

除此之外，碳纤维是从1974年开始应用于网球拍的，目前世界上一年应用碳纤维的球拍约450万个，需碳纤维约500公吨。在其他方面，碳纤维还广泛地应用于滑雪板、滑雪杆、棒球棒，以及船舶类体育用品上。

运输工具─为了降低运输工具的燃料使用量，人们开始意识到碳纤维的轻量化、耐疲劳性、耐腐蚀性等优点，因而广泛应用于航空、航天行业上。在太空领域，由于高模数碳纤维的轻量性（刚性）、尺寸稳定性及导热性，早已应用于人造卫星等方面。另为因应高油价时代，波音公司的B787与空中巴士的史上最大客机A380，都大量采用碳纤维及其复合材料，借着它们的高强度与机体重量的减少来换取飞机的高效能及低油耗。