活性碳素纖維的詳細介紹

簡介 

活性碳素纖維又稱碳纖維（Carbon Fiber，簡稱CF）。在國際上被譽為“黑色黃金”，它繼石器和鋼鐵等金屬后，被國際上稱之為“第三代材料”，因為用碳纖維制成的復(fù)合材料具有極高的強度，且超輕、耐高溫高壓。

特性 

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度。碳纖維比重小，因此有很高的比強度。

由來 

1880年美國愛迪生首先將竹子纖維碳化絲，作為電燈泡內(nèi)之發(fā)光燈絲，開啟了碳纖維（Carbon Fiber，簡稱CF）之紀元。碳纖維用在結(jié)構(gòu)材料，首先問世者，則以美國Union Carbide公司（U.C.C.）為代表，并于1959年將嫘縈纖維為原料，經(jīng)過數(shù)千百度之高溫碳化后，得到彈性率約40GPa，強度約為0.7GPa之碳纖維；爾后，1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸，開發(fā)出絲狀高彈性率石墨化纖維，彈性率約500GPa，強度約為2.8GPa。

另外，于日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗所之進藤博士，則以Polyacrylonitrile（簡稱PAN）聚丙烯腈為原料，經(jīng)過氧化與數(shù)千度之碳化工程后，得到彈性率為160GPa，強度為0.7GPa之碳纖維。1962年日本碳化公司（Nippon Carbon Co.）則用PAN為原料，制得低彈性系數(shù)（L.M.）之碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料，開發(fā)了高強度之CF，彈性率約為230GPa，強度約為2.8GPa，并于1966年起有每月量產(chǎn)1噸之規(guī)模；同時亦開發(fā)了碳化溫度2000℃以上之高彈性率CF，彈性率約400GPa，強度約為2.0GPa。于1965年，群馬大學(xué)大谷教授，利用加熱氯乙烯（Vinyl Chloride）得到之瀝青（Pitch），經(jīng)過熔融紡絲、不融化與碳化工程處理后，得到普通級碳纖維；大谷教授亦可利用木質(zhì)素（Lignin）為原料制作碳纖維。

碳纖維之需求量雖逐漸擴大，但1991年以后冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事用途之使用量萎縮，復(fù)因泡沫經(jīng)濟與景氣蕭條，供需失去平衡，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而，美國波音公司新銳機型B777之生產(chǎn)，加上土木、建筑、汽車與復(fù)合材料之?dāng)U大應(yīng)用，碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長中。

種類 

經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90%以上之纖維材料，稱之為碳纖維。碳纖維之種類分類有許多方法，可依原料、特性、處理溫度與形狀來分類。若依原料可分為纖維素纖維系之嫘縈（Rayon）系與木質(zhì)（Lignin）系；聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系；瀝青（Pitch）系；?酚樹脂系與?氣相碳纖系等六種。若依特性則分為普通碳纖維；高強度高模數(shù)碳纖維與活性碳纖維等三種。普通碳纖維之強力在120㎏/㎜2以下，楊氏模數(shù)（Young掇 Modulus）在10000㎏/㎜2以下者稱之；高強度高模數(shù)者，則強力在150㎏/㎜2以上，模數(shù)在17000㎏/㎜2以上時稱之。

若依加工處理溫度分類時，則可分為耐炎質(zhì)；碳素質(zhì)與石墨質(zhì)等三種。耐炎質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為200～350℃，可供作電氣絕緣體；碳素質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為500～1500℃，可供電氣傳導(dǎo)性材料用；石墨質(zhì)碳纖之處理加熱溫度在2000℃以上，除耐熱性與電氣傳導(dǎo)性提高外，亦具自我潤滑性。

若按碳纖維制品之形狀分類時，可分為棉狀短纖維；長絲狀連續(xù)纖維；纖維束（Tow）；?織物；?氈毯與?編制長形物等。

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