为什么这种材料这么贵还大受欢迎？

碳纤维，一种含碳量达90%以上的高强度高模量纤维，同时也是最耐高温的人工纤维。

碳纤维的密度非常小，仅有1.5~2.0g/cm3，模量却非常高，可达395GPa，与其他材料复合能使其力学性能大幅提升的同时保持比较轻的重量，适合运用在交通运输行业。

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碳纤维是如何制成      

碳纤维的主要原材料聚丙烯腈纤维。首先将丙烯腈（jing）聚合，并进行湿法纺丝，得到聚丙烯腈（PAN）纤维。而后将聚丙烯腈纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5~3h，聚丙烯腈纤维的颜色呈白→黄→棕→黑逐渐变化。这是聚丙烯腈纤维在发生氧化、热解、脱氢、环化等一系列反应，称为预氧化处理。处理完成后，将形成梯形的分子链结构。

预氧化处理完成后，将纤维置于氮气气氛中进行1600℃的高温处理，纤维将进一步交联环化，脱除氢、氧、氮等原子，最后得到二维碳环平面状结构的碳纤维材料，称为碳化处理。

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碳纤维为何具有优异的性能      

碳纤维含有大量的芳环结构，刚性非常强。想象一下用力把纤维向两边拉扯，六角形的稳定结构会让每个原子固定在自己本身的位置上难以产生大幅度的移动，这就是碳纤维具有高模量，高强度的原因。同理，高温也难以让原子跳出它本来的位置，故其耐热性也很强。碳纤维的芳环化结构让原子之间产生共轭，这种共轭使得能量在碳纤维中的传播变得容易，所以碳纤维具有导电和导热的功能。

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碳纤维的分类      

碳纤维可按模量或强度分类：超高模量级UHM：模量在395GPa以上；高模量级HM：模量在310～395GPa间；中模量级IM：模量在255～310GPa间；超高强度级UHT：强度在3.5GPa以上，模量在255GPa以下；高强度级HT：强度达3.5GPa；还可以按纤维直径、排列方式、表面处理方法等等加工工艺进行分类，一般由制造商自行标明。

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碳纤维的应用      

碳纤维因其轻便，高强等特性，常运用在汽车、航天、文体等领域。

高端跑车外壳

羽毛球拍

山地自行车

飞机

碳纤维制造工艺复杂，生产消耗能量高，低端消费品一般不会使用碳纤维材料制造。

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未来发展      

20世纪90年代初，高性能及超高性能炭纤维已问世，预料今后工作将致力于完善工艺、扩大生产、降低成本和开发应用。一些特种碳纤维，如抗氧化碳纤维（以提高复合材料的使用温度）、低纤度碳纤维（做0.035mm超薄型预浸带用）、高导热低电阻碳纤维（以满足屏蔽电磁、射频干扰用，并可散发多余的热能）、低热膨胀系数碳纤维（供卫星天线系统、反射镜等用），中空碳纤维（用于飞机制造工业，提高复合材料的冲击韧性，核反应堆中的高温过滤介质，分离生物分子血清和血浆用的介质）和活性碳纤维，随着科学及工程的发展会有很大发展。气相生长碳纤维近期内在稳定工艺，连续化生产方面会有明显进展，工业化生产的日期预料不会太远。编辑：新材料研习社研究资料来自网络、报刊、论文等，新材料研习社经解读、整理、编辑后发布，由于作者水平有限，若有不足之处，请读者留言勘误。

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