试论碳纤维的发展及其应用现状

试论碳纤维的发展及其应用现状

戴虎虎

兰州蓝星纤维有限公司

摘要：碳纤维的复合材料具备强度较高，较轻便，耐高温和腐蚀等多个特点，因而在航天领域，国防军事领域和工业领域得到大范围的应用。相关的报告数据也表明我国对碳纤维的需求量较大。但目前市场受到供应问题的影响，碳纤维的发展速度在相对减缓。本文对碳纤维的发展及其应用现状进行了分析和讨论。

关键词：碳纤维；发展；应用现状

引言：碳纤维是一种新型的纤维材料，其碳含量达到百分之九十五以上且纤维的强度较高。一般来说，碳纤维主要是通过片形态的石墨微晶按照纤维的轴方向进行堆积而形成，在被碳化和石墨化处理之后所获得的材料便是碳纤维。碳纤维的重量轻于铝，却也有着比钢铁还要高的强度。它在抗腐蚀性方面也有很好的优势，因而被大范围的应用在国防领域和民用的工业领域。碳纤维作为生产出的新一代增强纤维在一方面保留了碳材料自身的优势特点，另一方面也具有了纤维的柔软性，这些特性都使得碳纤维在日后的发展会更为广阔。

一、碳纤维的性能与用途

1碳纤维的性能

碳纤维具备许多优秀的性能，其中包括密度低，模量高，不会发生蠕变等。除此之外，碳纤维的轴向强度也处于较高水平，在非氧化的环境中可以抵御超高温，抵抗一定的疲劳。碳纤维具备良好的导电性能和导热性能，热膨胀系数较小，也更耐腐蚀。这些性能都使得碳纤维能够在航天领域和工业领域得到大范围的应用。

（兰州蓝星纤维有限公司生产现场及碳纤维成品）

2碳纤维的用途

碳纤维在本质上也属于一种高性能的纤维，但它既保留了其自身的优势特点，又融合了纤维的柔软性能。碳纤维的这两种特性都使得碳纤维的复合材料性能得到大幅度的增强，并在军事领域和工业领域得到广泛的应用。而今，碳纤维已经在高科技领域被视为新型工业材料的典范了。

二、碳纤维在各类材料中的应用

1碳纤维在陶瓷材料方面的应用

伴随对于新材料研究的不断增多，已经有一批质优价廉的新型材料被发现和推广。这些新型材料在物理化学的性能方面更为优良，其中最具代表性的便是陶瓷材料。陶瓷材料在抵抗腐蚀性和高温性方面具有较高的优势，因而可以更好地被应用在工业领域的产品和民用领域的产品当中。但是，陶瓷材料也存在着一项重大的缺陷，就是它的脆性较高，并且在制造时对于其中所出现的缝隙和气孔十分敏感。这项缺陷使得陶瓷材料在使用的过程中会受到较大程度的制约。而如果利用碳纤维的特性将其应用在陶瓷材料中，就可以很大程度的提升所制产品的韧性，减少产品的脆性和敏感度，可以更好的降低陶瓷制品出现裂缝的可能性，从而保障陶瓷制品的使用性能。

2碳纤维在制作碳复合材料方面的应用

碳复合材料作为新型的复合材料，其组成的大多数成分都是各类碳，其中纤维碳、树脂碳和沉积碳的数量最多。在进行碳复合材料的制作时，通常都会采取人工作业的方式，而且该种复合材料包含了较为复杂的碳元素成分，所以材料的性能更为优异。在进行使用时最主要的性能便是它的稳定性和高刚性。在一些进行高温制造的行业也通常会用到该种碳复合材料，因为它所富含的碳元素成分较为丰富，稳定性也就更好，更适合在这种高温环境下工作。除此之外，该种复合材料由于其在高温当中不熔不燃的特性也可以成为大部分金属材料的替换材料。所以碳复合材料的使用范围越来越广泛。

3碳纤维在增强金属材料方面的应用

将碳纤维按照一定的分量加入金属材料中，可以更好地提升金属材料的硬度。在目前市场中比较常见的作为金属基体的是铝、镍等等合金材料。在利用碳纤维来增强金属材料所得到的新型复合材料当中，铝镁的复合材料是使用和制造中较为成熟的一款复合材料。在制造的过程当中，对于碳纤维的表面进行涂层是比较困难的一项技术问题，很容易导致碳纤维的损害，以致复合材料的性能被大幅度削弱。在目前的生产过程当中，最为常用的解决方式有气相沉积等，尽管是较为成熟的处理技术，但由于技术处理的过程较为繁琐，而且要花费大量的成本，这都使得产品的价格被大幅提升，阻碍了该类复合材料的推广和发展。

三、对于碳纤维未来发展趋势的展望

碳纤维是一项高新的技术，属于具有高附加值的产品，有着很多其他的复合材料无法相比的优异特性。而且碳纤维的复合材料有着更广泛的使用领域和发展的前途。由于我国经济发展的进程在不断加快，对于碳纤维市场的需求也在逐渐增加，因此加快我国碳纤维市场和碳纤维工业的发展也成为一种趋势。从这一方面来说，并结合我国目前碳纤维市场的问题，就更需要我们加快对碳纤维的研究，并推动其市场的发展。

碳纤维技术在生产工艺方面的流程较长，技术的关键点也较多，是一项多类学科和多项技术的集成体。为了能更好的发展我国的碳纤维工业，首要的一点便是解决碳纤维工业化的问题，在这一方面我们可以采取利用引进技术和自主创新技术相结合的方式，以保证能够以最快的速度实现规模化的工业生产形式。在进行工业和生产实践的过程当中，不断的培养和锻炼人才，累积实践经验，以保证在发展过程中不断的提高碳纤维的技术水平并掌握真正的核心技术。除此之外，有关单位的研究人员还应当解决原丝的质量问题，加强对碳化和石墨化等相关设备的完善工作，并做好对于碳纤维表面处理技术的研发工作。在通常的情况下，碳纤维都不会被直接运用，大多数是需要经过深加工制成一定的半成品或者是复合材料才能进行使用。因此，相关研究单位应当大力开展对碳纤维技术的研究工作，完善碳纤维在技术领域方面的问题，并逐渐开展对碳纤维复合材料的应用研究，增大该类材料的使用范围，从而形成产业链条，提升产品的附加值。与此同时，还应当连通上下游的产业共同进步，使得碳纤维的相关产业更快的步入正轨，建立完善的碳纤维工业生产体系，加强彼此间的沟通和合作，最终加快碳纤维产业的发展进程。

结束语

碳纤维材料中的高性能型碳纤维属于较高端的工业材料，它具备较强的抗腐蚀性和强度等优势，能够被广泛的应用在航空和军事等高端领域。由于我国对于该项技术的研究较晚，因此，高性能纤维的发展还有很大的提升空间，我们应当抓住机遇进行研究和开发，促进碳纤维工业的完善和发展。

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