碳纖維是一種含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維，不要小看碳（C）這個(gè)黑色的物質(zhì)，它具備的物理和化學(xué)性能讓人類社會(huì)的發(fā)展邁開了一大步。目前全世界的科學(xué)家們都在研究碳纖維復(fù)合材料，寄希望于它能夠改變工業(yè)行業(yè)的現(xiàn)狀。
 
碳纖維微觀圖
 
首先我們需要弄明白一個(gè)問(wèn)題，碳纖維、碳纖維復(fù)合材料和碳纖維制品之間的關(guān)系。碳纖維是含碳量高于90%的纖維，而碳纖維復(fù)合材料則是碳纖維與樹脂融合形成的組合物質(zhì)，碳纖維制品是碳纖維復(fù)合材料經(jīng)過(guò)技術(shù)加工處理制成的產(chǎn)物。
 
碳纖維是碳纖維復(fù)合材料及碳纖維制品的基礎(chǔ)與核心，同時(shí)也影響著后面兩者的綜合性能。讓我們來(lái)科學(xué)認(rèn)知碳纖維的4種分類方式，看看這個(gè)黑色的物質(zhì)到底存在哪些秘密。
 
碳纖維預(yù)浸料
 
科學(xué)認(rèn)知碳纖維的4種分類方式
 
1、按制造工藝和原料：可劃分為前驅(qū)體和氣相生長(zhǎng)法碳（石墨）纖維兩大類，其中有機(jī)前驅(qū)體法按采用的原纖維又可分為黏膠基、聚丙烯腈基、瀝青基、酚醛基的碳和石墨纖維。
 
2、按熱處理溫度和氣氛介質(zhì)：可劃分為碳纖維（800～1500℃；N2、H2）、石墨纖維（2000～3000℃，N2或Ar）和活性碳纖維（700～1000℃；水蒸氣或CO2+N2）。
 
3、按力學(xué)性能：可劃分為通用級(jí)（GP）和高性能（HP）兩大類。GP級(jí)通常指拉伸強(qiáng)度＜1.2GPa；拉伸模量＜50GPa的碳纖維產(chǎn)品；HP又可分為標(biāo)準(zhǔn)型（拉伸強(qiáng)度3.53GPa9拉伸模量230GPa）、高強(qiáng)型（拉伸強(qiáng)度≥4.00GPa）、高模型（拉伸模量≥390GPa）和高強(qiáng)高模型（拉伸強(qiáng)度3.92～4.41GPa、拉伸模量377～588GPa）等。
 
4、按制品形態(tài)：可劃分為長(zhǎng)絲（含不同孔數(shù)的束絲和單紗）、束絲短纖維、超細(xì)短纖維（氣相法含晶須）、織物（布、帶、繩）、編織品（三向及多向織物、圓筒管等）以及無(wú)緯布、無(wú)紡布、氈、紙等多種形態(tài)的碳（石墨）纖維及其織物。
 
碳纖維航空領(lǐng)域應(yīng)用
 
碳纖維的性能多樣性，注定了它在科研領(lǐng)域的超強(qiáng)研究難度，同時(shí)碳纖維如何與樹脂進(jìn)行高效的融合，生產(chǎn)性能穩(wěn)定突出的碳纖維復(fù)合材料的研究難度同樣艱巨。目前熱固性碳纖維的研究已經(jīng)趨于成熟，而熱塑性碳纖維的研究才剛剛起步。
 
科研的魅力在于不確定性，通常的原料，不同的配比，制作出來(lái)的試驗(yàn)品的性能可能天差地別。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和求知的信念，成為科研人堅(jiān)守和創(chuàng)造力的源泉，正在逐漸打開碳纖維這扇神秘的大門。