最近在研究碳纤维，想具体了解碳纤维有哪些分类?

2022-05-06 18:35 已解决

碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、1K碳纤制作的管沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维;按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维。

按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。强度大于4000兆帕的又称为超高强型;模量大于450G帕的称为超高模型。

随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。

市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。

由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。

PAN基碳纤维

PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程:首先通过丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺加工成被称为“母体“的聚丙烯腈纤维或原丝， 将这些原丝放入氧化炉中在200到300℃进行氧化，还要在碳化炉中，在温度为1000到2000℃下进行碳化等工序制成碳纤维。

沥青基碳纤维

美国发明了纺织沥青基碳纤维用的含有基金属中间相沥青，原丝经稳定化和碳化后，碳纤维的拉伸强度为3.5G帕，模量为252G帕;法国研制了耐热和高导电的中间相沥青基碳纤维;波兰开发了新型金属涂覆碳纤维的方法，例如涂覆铜的沥青基碳纤维是用混合法制成，先用铜盐与各向同性煤沥青混匀，进行离心纺丝，在空气中稳定化并在高温氢气中处理，得到合金铜的碳纤维。 世界沥青基碳纤维的生产能力较小，国内沥青基碳纤维的研究和开发较早，但在开发、生产及应用方面与国外相比有较大的差距。

碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品，像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

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按照原丝类型分类：（1）沥青基碳纤维：以沥青为原料，提高沥青的使用 价值，尺寸稳定性好。沥青基碳纤维与氰酸酯树脂制成的复合材料热膨胀 系数小，可以用作人造卫星材料或其他精密材料；（2）粘胶基碳纤维：由 含纤维素的粘胶纤维组成，石墨化程度低、导热系数小，适合作为隔热材料；（3）聚丙烯腈基碳纤维：以聚丙烯腈（PAN）为原料，是所有碳纤维 中用途最广、用量最大、性能最好的品种。聚丙烯腈碳纤维占据主流地位， 其产量占碳纤维总产量的 90%以上。

按照力学性能分为通用型和高性能型：（1）通用型碳纤维强度一般在 1000MPa、模量一般在 100GPa 左右；（2）高性能型碳纤维还可以细分成高 强型、高模量型、超高强型及超高模型。拉伸强度及模量是国际碳纤维的 主要分类标准，行业内一般采用日本东丽（TORAY）分类法，而全国纤维 增强塑料标准化技术委员会在 2020 年正式发布了我国的碳纤维分类标准。

按照丝束大小分类：碳纤维可以按照每束含有的纤维数量来划分成小丝束 和大丝束。单束纤维数量通常在 48K 以上的是大丝束碳纤维（1K 意味着 1 束碳纤维含有 1000 根丝），因为性能及制备成本相对较低，也被称为工业级碳纤维，包括 48K、 50K、60K、80K 等，主要应用于纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能 源等领域；小丝束碳纤维工艺要求严格，综合性能更为优异，但生产成本较高，也 被称为宇航级碳纤维，一般包括 1K、3K、6K、12K 和 24K 等产品，主要应用领域 包括国防工业、高技术以及体育休闲用品，如飞机、卫星、高尔夫球杆等。