碳纖維是壹種纖維狀碳材料。它是壹種比鋼強度高、比鋁密度低、比不銹鋼耐腐蝕、比耐熱鋼耐高溫、導電性像銅的新型材料，具有許多有價值的電學、熱學和力學性能。碳纖維和塑料復合材料制成的飛機不僅重量輕，而且耗電少，推力大，噪音低。用碳纖維制作電子計算機的磁盤，可以提高計算機的存儲容量和運算速度；用碳纖維增強塑料制造衛星、火箭等航天器，機械強度高，質量小，可以節省大量燃料。1999南斯拉夫科索沃戰爭期間，北約用石墨炸彈破壞了南斯拉夫大部分的電力供應。其原理是產生大面積覆蓋的碳纖維雲，使供電系統短路。目前人們還不能直接用碳或石墨來畫碳纖維，只能用壹些含碳的有機纖維(如尼龍、腈綸、人造絲等。)為原料，將有機纖維與塑料樹脂結合，置於稀有氣體的氣氛中。碳纖維是在壹定壓力下形成的纖維狀碳材料，其化學成分中碳含量在90%以上。因為碳這種單質在高溫下不能熔化(升華到3800K以上)，但又不能溶於各種溶劑，所以至今無法用碳這種單質制作碳纖維。碳纖維可以通過聚合物有機纖維的固相碳化或低分子烴的氣相熱解來制備。目前，世界上生產和銷售的碳纖維大部分是由聚丙烯腈纖維固相碳化制成的。它的生產步驟是預氧化:在空氣中加熱，並在200-300度下保持十到數百分鐘。預氧化的目的是將聚丙烯腈的線性分子鏈轉變成耐熱的梯形結構，使其在高溫下不會熔化或燃燒，保持纖維狀態。b .碳化:在惰性氣氛中加熱至65438±0.200-65438±0.600度，保持幾分鐘至幾十分鐘，生成產品碳纖維；所用的惰性氣體可以是高純氮氣、氬氣或氦氣，但通常使用高純氮氣。c石墨化:在惰性氣氛(壹般為高純氬氣)中加熱到2000-3000度，持續幾秒到幾十秒；這樣生產的碳纖維也被稱為石墨纖維。碳纖維細度極好(細度的表現之壹是9000米長纖維的克數)，壹般只有19克左右；拉力高達300kg/mm2；還有耐高溫、耐腐蝕、導電、傳熱、膨脹系數小等壹系列優異性能。目前，幾乎沒有其他材料像碳纖維壹樣具有如此多的優異性能。目前碳纖維主要制成碳纖維增強塑料進行應用。這種增強塑料優於鋼和玻璃鋼，用途廣泛，如制造火箭、飛船等重要材料。制造噴氣發動機；制造耐腐蝕的化工設備等。羽毛球:現在大部分羽毛球拍都是碳纖維的。碳纖維碳纖維是壹種碳含量高於90%的無機高分子纖維。其中含碳量高於99%的石墨纖維稱為石墨纖維。碳纖維具有較高的軸向強度和模量，無蠕變，抗疲勞性好，比熱和導熱系數介於非金屬和金屬之間，熱膨脹系數小，耐腐蝕性好，纖維密度低，X射線透過性好。但其抗沖擊性差，容易損壞。在強酸的作用下會被氧化，與金屬結合會發生金屬碳化、滲碳和電化學腐蝕。因此，使用前需要進行表面處理的碳纖維可以采用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠長絲或酚醛纖維碳化制成。按狀態分為長絲、短纖維、短纖維；按力學性能可分為通用型和高性能型。通用碳纖維的強度為1000 MPa，模量約為100GPa。高性能碳纖維可分為高強度型(強度2000MPa，模量250GPa)和高模量型(模量300GPa以上)。強度大於4000MPa也叫超高強度型；模量大於450GPa的稱為超高模型。隨著航空航天工業的發展，出現了高強度、高延伸率的碳纖維，其延伸率大於2%。量最大的是聚丙烯腈基碳纖維。碳纖維可以加工成織物、氈、席、帶、紙等材料。碳纖維除了用作保溫隔熱材料外，壹般不單獨使用，常作為增強材料添加到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，形成復合材料。碳纖維增強復合材料可用作飛機結構材料、電磁屏蔽材料、人工韌帶等機體替代材料，也可用於制造火箭殼體、摩托艇、工業機器人、汽車板簧和傳動軸。碳纖維由聚丙烯腈纖維、瀝青纖維或粘膠纖維經氧化、碳化等工藝制成，含碳量在90%以上。目前，碳纖維在替代發熱材料的核心發熱元件方面也有新的貢獻。在國外，很多節能取暖設備的核心發熱元件已經從以前廣泛使用的金屬材料逐漸升級為碳纖維材料。碳纖維材料在加熱方面的應用主要考慮耐腐蝕、抗氧化(金屬容易氧化造成局部擊穿)、穩定性高、使用壽命更長(很多產品壹般能在300攝氏度下穩定工作100000小時)。由於中國在碳纖維材料的生產和研究方面還比較落後，高質量的碳纖維材料仍然從日本和韓國進口，因此價格居高不下。但隨著國內合資、合作形式的出現，以碳纖維為核心技術的產品進入普通消費者家中。碳纖維產品在采暖中的應用分為短纖維、短切纖維等多種形式，通常用於“碳晶”、“地暖膜”等采暖產品中。石墨制品廣泛應用於早期的加熱膜，膜制品不僅用於加熱，還廣泛應用於熱水器和恒溫環保的工業設備。在工程實踐中，由於缺乏有效的抗裂措施，混凝土固有的微裂縫在內外應力的作用下發展成較大的裂縫，甚至最終通過毛細通道和裂縫形成，往往導致防水失效，也導致結構設計強度遠未充分發揮，嚴重威脅工程的安全和使用。研究表明，大多數裂縫與荷載無關，塑性收縮、幹燥收縮、溫度變化等開裂因素是許多混凝土問題的根本原因。
參考資料:
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