碳纤维历史

防静电碳纤维发展历程有机导电纤维产生于20世纪60年代末期。

最早问世的是表面涂覆碳和黑的有机导电纤维。

帝人公司、BASF公司自相继开发了此类纤维。

碳黑涂覆型导电纤维的导电成分都分布在纤维表面，因此导电性能好，但纤维在受到摩擦或弯折时碳黑易于脱落，导电性能会下降。

随后出现的是表面镀覆金属的导电纤维。

Rohm and Haas公司用化学镀层方法在尼龙纤维表面镀银制成导电纤维X－Static，东洋纺公司用低温融态金属浸渍制成具有金属皮层的导电纤维。

Statex公司的Ex－Stat则采用非电解镀银技术制成导电纤维。

纤维表面金属化的导电纤维，机械性能与普通纤维差异较大，使混纺较为困难，因而并未得到广泛的应用。

1975年，Du Pont公司采用复合纺丝技术制成含有碳黑导电芯的复合导电纤维Antron III，从此，各大化纤公司纷纷开始以碳黑为导电成分的复合纤维的研究与开发。

孟山都公司制并列型tron导电纤维，钟纺公司开发Belltron 锦纶导电纤维，尤尼吉卡公司开发Megana III导电纤维，可乐丽公司Kuracarbo，东洋纺织KE－9导电纤维等，使碳黑复合型导电纤维得到了广泛的发展。

到80年代末期，日本碳黑复合型导电纤维的年产量达到200吨。

但由于碳黑复合型导电纤维以碳黑为导电成分，因此，纤维通常为灰黑色，独应用范围倒限制。

80年代开始了导电纤维的白色化研究。

普遍采用的方法是用铜、银、镍和镉等金属的硫化物、碘化物或氧化物与普通高聚物共混或复合纺丝而制成导电纤维。

如Rhone－poulence公司利用化学反应制成CuS导电层的Rhodiastat导电纤维；帝人公司制成表面含有Cul的导电纤维T－25；钟纺公司制成ZnO2导电的Belltron632、Belltron638；尤尼吉卡公司开发了 Megana。

以金属化合物或氧化物为导电物质的白色导电纤维导电性能较碳黑复合型导电纤维差。

但其应用不受颜色的影响。

碳纤维的发展现状碳纤维(carbon fiber),它不仅具有碳材料的固有本征特性，乂兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维碳，是纤维状的碳素材料，含碳量在90% 以上，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。

与传统的玻璃纤维(GF)相比，氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。

有学者在1981年将聚丙烯膳(PAN)基碳纤维浸泡在强碱洛液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。

图1碳纤维碳纤维最早山美国联合碳化物公司和美国空军材料实验室于1959年投产，原丝采用粘胶纤维。

1962年，日本碳公司进行了通用级聚丙烯睹基碳纤维的生产。

1971年，曰本东丽公司的高性能聚内•烯月青基碳纤维投产。

沥青基碳纤维是日本吴羽化学工业公司于1973年投产的。

联合碳化物公司生产了高模量沥青基碳纤维,1985年，美国、日本及西欧的聚丙烯月青基碳纤维年生产能力共约有7.25kt,沥青基碳纤维为1.28kto碳纤维一般以力学性能和制造原材料来进行分类。

按力学性能一般可分为两类：a)通用型(GP)碳纤维；b)高性能型(HP)碳纤维。

通用型碳纤维强度lOOOMPa、模量lOOGPa左右，高性能型碳纤维乂可分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量在300GPa以上)。

强度大于4000MPa者称为超高强型;模量大于450GPa者称为超高模型。

按原材料可分为3类：a)聚丙烯膳基(PAN)碳纤维；b)沥青基碳纤维；c)粘胶基（纤维素）碳纤维。

3种原料碳纤维的主要性能见表1。

表1 3种原料碳纤维的主要性能种类抗拉强度/MPa 抗拉模量/GPa密度/g ■ cm_3断后延伸率，%PAN基碳纤维>3 500>230 1.76 ~ 1.940.6-L2沥青基碳纤维1 600379 1.7 1.0粘胶基碳纤维2 100 ~2 800414 ~552 2.00.7碳纤维按照一束纤维中根数的多少分为小丝束和大丝束碳纤维。

中国碳纤维研究的过去与现在2010-09-21 | 作者：李克健 | 来源：价值中国网 | 【大中小】【打印】【关闭】久攻难克的碳纤维技术1959年，日本人发明了用聚丙烯腈为原丝加张力牵伸制造碳纤维的方法，成为当前的主流产品，制造技术主要掌握在日本及美国的少数公司手中。

中国用聚丙烯腈为原料生产碳纤维的研究始于1962年，起步可谓不晚，但长期未取得实质性进展。

由于碳纤维在航天航空等国防工业中有重要用途，西方国家将其视为军用物资，对中国“禁运” ，更不转让生产技术。

20世纪70年代，美国在战略导弹和作战飞机中开始使用碳纤维增强树脂材料，使得武器性能大幅提高。

我国国防科技系统认定，我国战略武器和军用飞机采用树脂基复合材料代替金属也势在必行。

1975年由当时的国防科委主任张爱萍亲自主持召开了一次专题会议，部署国内碳纤维研究工作，由国家计委安排500万元资金做启动费，制定了10年发展规划，组织了原丝、碳化、结构材料、防热材料、测试检验技术5个“攻关组” ，安排20多家研究和企业单位参加，如由吉林化学工业公司研究院、吉林辽源石油化工厂、兰州化学工业公司化纤厂、上海合成纤维研究所采用不同溶剂路线研发聚丙烯睛（PAN）原丝，上海合成纤维研究所、吉林、上海、兰州、抚顺4家碳素厂、山西燃化所、中科院化学所等负责碳化技术研究，另外还安排了织物和材料应用研究。

这次会议对促进中国碳纤维研究起到了重要推动作用，调动了研究人员和企业为国防建设做贡献的热情。

各单位陆续生产出不同质量的原丝和碳纤维，虽然其力学性能较差、稳定性不好，但毕竟解决了有无问题，并成功用于某些型号的非结构件。

1978年5月，国家科委恢复，碳纤维转由科委为主管理，我由当时的石化部调国家科委二局新材料处，主管碳纤维项目。

新材料处把碳纤维视为重中之重，花了很大精力和经费，力图把碳纤维质量抓上去，先后会同国防科工委等召开了多次会议。

据不完全统计，从1975至1981年底，中央各部委共投入到承担碳纤维原丝、碳纤维制品等的民用研制长所的资金约2600多万元，共建设厂房、试验室20000多平方米。

碳纤维复合材料的发展及应用——邳州高新区招商局丁建队1.1 碳纤维材料的历史背景碳纤维材料的发现和使用始于1860年斯旺制作碳丝灯泡,成为发明和使用碳纤维的第一人。

之后爱迪生使用竹丝制作碳丝作为灯丝，达到了照明45小时的效果。

20世纪90年代中期，美国、日本、英国相继开始展开对碳纤维材料的研究。

1972年，日本用碳纤维材料制造鱼竿，美国使用碳纤维材料制造高尔夫球杆，碳纤维材料开始应用于日常生活。

1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维。

其后，碳纤维材料趋向于高强度高弹性模量的方向发展。

如今，碳纤维材料已经广泛应用于建筑、航空航天以及汽车制造行业。

1.2 碳纤维材料的特性简介碳纤维材料是由碳元素构成的一种纤维材料，其在微观上呈类似人造石墨的乱层石墨结构。

碳纤维材料具有良好的物理化学性质。

碳纤维密度小、质量轻，密度为1. 5~ 2 g /cm3，它的比重不到钢的四分之一，但抗拉强度是钢的七到九倍，其良好的比强度使得其被广泛应用于航空航天等对重量限制要求苛刻的领域。

其化学性质同样良好，具有耐腐蚀，耐疲劳，耐高温和低温，同时其具有良好的导电性，介于金属和非金属之间。

除此之外，碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。

[1]2 碳纤维材料的种类及其发展按碳纤维原丝不同主要可以分为:1.PAN基碳纤维；2.黏胶基碳纤维；3.沥青基碳纤维；4.酚醛基碳纤维。

2.1 PAN基碳纤维聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由聚丙烯腈经纺丝、预氧、碳化几个阶段形成。

PAN基碳纤维具有高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀、优异的电性能等特点，并具有很强的抗压抗弯性能，一直在增强复合材料中保持着主导地位。

目前，PAN基碳纤维仍是碳纤维市场中的主流。

PAN基碳纤维应用的主要领域有：航空航天工业，地面交通工具，如汽车、赛车、快速列车等，造船工业、码头和海上设施，体育用品与休闲用品，电子产品，基础设施以及造纸、纺织、医疗器械、化工、冶金、石油、机械工业等领域，要求零部件在高强度、高刚度、重量轻、耐高温、耐腐蚀等环境下工作。

国产碳纤维发展历史
国产碳纤维的发展历史可以追溯到上世纪80年代末期。

当时，我国开始关注碳纤维这一领域，并于1987年在上海成立碳纤维研究所，专门从事碳纤维的研究开发工作。

此后，随着我国经济的快速发展和高科技产业的崛起，碳纤维逐渐成为了我国战略性新兴产业之一。

在1990年代初期，我国开始启动碳纤维产业化的计划，并投入大量资金和人力物力加快了碳纤维的研究和生产。

1994年，我国首次成功生产出了复合材料预浸料，标志着我国碳纤维产业进入了一个崭新的阶段。

2000年以后，我国碳纤维产业得到了进一步发展。

在碳纤维生产技术、产品品质、应用领域等方面都取得了显著的进展。

目前，我国已经成为了全球最大的碳纤维生产国之一，碳纤维产品广泛用于汽车、航空航天、体育器材、建筑、医疗等领域。

近年来，我国政府将碳纤维列为新材料战略性发展重点，加大了对碳纤维产业的支持力度。

未来，随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，国产碳纤维有望成为我国制造业升级和转型升级的重要支撑。

碳素纤维又称碳纤维（Carbon Fiber，简称CF）。

在国际上被誉为“黑色黄金”，它继石器和钢铁等金属后，被国际上称之为“第三代材料”，因为用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度，且超轻、耐高温高压。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。

碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。

碳纤维比重小，因此有很高的比强度。

1880年美国爱迪生首先将竹子纤维碳化丝，作为电灯泡内之发光灯丝，开启了碳纤维（Carbon Fiber，简称CF）之纪元。

碳纤维用在结构材料，首先问世者，则以美国Union Carbide公司（U.C.C.）为代表，并于1959年将嫘萦纤维为原料，经过数千百度之高温碳化后，得到弹性率约40GPa，强度约为0.7GPa之碳纤维；尔后，1965年该公司又用相同原料于3000℃高温下延伸，开发出丝状高弹性率石墨化纤维，弹性率约500GPa，强度约为2.8GPa。

另外，于日本大阪工业技术试验所之进藤博士，则以Polyacrylonitrile（简称PAN）聚丙烯腈为原料，经过氧化与数千度之碳化工程后，得到弹性率为160GPa，强度为0.7GPa之碳纤维。

1962年日本碳化公司（Nippon Carbon Co.）则用PAN为原料，制得低弹性系数（L.M.）之碳纤维。

东丽公司亦以PAN纤维为原料，开发了高强度之CF，弹性率约为230GPa，强度约为2.8GPa，并于1966年起有每月量产1吨之规模；同时亦开发了碳化温度2000℃以上之高弹性率CF，弹性率约400GPa，强度约为2.0GPa。

于1965年，群马大学大谷教授，利用加热氯乙烯（Vinyl Chloride）得到之沥青（Pitch），经过熔融纺丝、不融化与碳化工程处理后，得到普通级碳纤维；大谷教授亦可利用木质素（Lignin）为原料制作碳纤维。

读《碳纤维及石墨纤维》总结一、碳纤维和石墨纤维的发展概况1.研究碳纤维的先驱：1860年，英国人约琴夫•斯旺（J. Swan）用碳丝制作灯泡的灯丝，早于美国人爱迪生（T. A. Edsion）。

斯旺未能解决灯泡的真空问题，爱迪生解决的真空问题。

斯旺提出利用孔口挤压纤维素成纤维技术，为后来的合成纤维提供启示。

2.聚丙烯腈基碳纤维的发明者：进藤昭男（日本大阪工业技术试验所）从事碳素的崩散现象和崩散素胶状粒子的研究以及反应堆所用碳材料中微量彭元素的去除。

进一步，他研究了民用腈纶在一些列热处理过程中物性和结构的变化，即开始研制PAN基碳纤维。

研究结论是PAN纤维需要经氧化处理才能得到碳纤维，确定了制取PAN基碳纤维的基本工艺流程，即氧化和碳化。

但未能制造性能好的碳纤维。

英国人瓦特（W. Watt）在预氧化的过程中施加张力牵引打通了制取高性能碳纤维的流程工艺，从此牵伸贯穿于氧化和碳化的始终，成为制造碳纤维最重要的工艺参数。

目前，牵张力已细化和量化，在不同热处理过程中施加适量的牵张力，以满足结构的转化。

3.从东丽公司碳纤维发展历程看原丝的重要性：日本东丽公司在碳纤维的质量和产量均位于世界之首。

公司发展启示：原丝是制取高性能碳纤维的前提。

1962年，公司采用民用腈纶为原丝，但生产不出质量较好的碳纤维。

1967年，研究适合制造碳纤维的共聚原丝，把提高PAN（聚丙烯腈）原丝质量放在第一位。

目前主要经营T300（碳纤维，300为拉伸强度3Gpa），M40（石墨纤维,拉伸模量40Gpa）。

1981年，波音公司提出高强度、大伸长的碳纤维需求，制造大型客机的一次结构材料。

1984年，东丽公司成功研制T800，满足波音公司需求。

1986年，研制T1000；1992年，研制了M70J。

目前，T800H已经是制造大飞机（A380和B787）的主要增强纤维。

T1000是碳纤维中拉伸强度最高、断裂伸长最大的碳纤维。

M70J的拉伸模量最高达到690Gpa，是目前PAN基石墨纤维中最高的纤维。