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#轻量化专栏#揭开“新材料之王”碳纤维的神秘面纱
碳纤维，江湖雅号“新材料之王”，轻质高强，在很多场合已有应用。材料人网已有多篇文章介绍过碳纤维，但并不系统。这一期的轻量化专栏，就专门为大家讲讲“新材料之王”的风采。碳纤维，材如其名，就是纤维状的碳材料，含碳量超过90%，而当碳含量超过99%后，这时候我们就得改名叫石墨纤维了。首先，我们简单了解下碳纤维的发展历史发展历史十九世纪末：爱迪生将棉线和竹子碳化，以制作灯泡丝。二十世纪50年代： 人造纤维被用来制造碳纤维，但很快被聚丙烯腈所替代。二十世纪60年代早期：第一种可以被应用的商业化碳纤维问世。二十世纪60S、70S、80S：碳纤维主要在国防方面应用。二十世纪末：冷战的结束和苏联的垮台，导致碳纤维的需求下降。二十一世纪初至今：工业界、能源、体育用品、航天、风能行业的需求使碳纤维的产量大幅提升。2008年以后：受技术原因和世界经济疲软，碳纤维需求发展增速变缓。碳纤维可以用不同的原材料制备，主要有聚丙烯腈（PAN）、沥青（可以分别称之为PAN基或者沥青基碳纤维）。其中以聚丙烯腈最为常见，大约90%的碳纤维由它而制造（不特别说明的话，碳纤维指的就是PAN基碳纤维）。下面我们就以PAN原丝制造碳纤维的原理图（来自日本帝人集团官网介绍）来介绍PAN的加冕之路制作过程本来想自己作图的，发现作图能力实在是渣，放上日本帝人集团的制作流程图吧&图1：碳纤维制作流程图图1大致描述了碳纤维的制作过程，不过不够形象。我们再来看看下面这张：&图2：碳纤维制作示意图图2描绘了从原丝（precursor）到碳纤维，经历了氧化（Oxidzation Furance）、碳化（Carbonization Furance）、石墨化（Graphitization Furnace）、表面处理 （surface treatment）以及最终的（CarbonFibers）碳纤维化的整个过程。由于PAN原丝的玻璃化温度低于100度，因此不能直接碳化，其需要先经过氧化过程（有的书称之为预氧化，很贴切）。所谓碳化，是指去除非碳元素，使其碳含量超过90%。如果将原丝经过碳化之后，继续石墨化的话，就可以得到石墨纤维。具体方法是在度、保护气氛（一般是高纯氩）、施加压力下维持几十秒，其目的是进一步去除杂质，让结晶碳的结构朝石墨结构转变。&图3：碳纤维各道工序和各个阶段的成本由图3可以看到原丝大约占50%以上的成本，每磅造价10美元左右（数据是2010年的）。碳纤维的性能既然称之为“新材料之王”，性能方面自然有过人之处。口说无凭，我们将从几个具体的指标来对比其他材料，看看碳纤维“过人”之处。表1：几种材料的比强度对比
比强度（KN.m/kg)
碳纤维复合材
69所谓比强度，是指强度与密度的比值。比强度高，代表材料既强度高又质量轻，是轻量化材料最重要的指标之一。从表1我们可以看到，碳纤维的比强度比钢、铝高出一个数量级，所以它才有可能在航空航天、汽车等领域替代钢构、铝构配件。表2：材料的抗拉强度对比
抗拉强度（Mpa）
高密度聚乙烯
不锈钢AISI 302
铝合金2014-T6
铝合金6063-T6
层压无碱玻璃
层压碳纤维
松木（顺纹方向）
40抗拉强度是指材料在拉断前所能承受的最大载荷，是结构材料重要的力学性能指标。显然，碳纤维的抗拉强度非常高，而且表2的数据并不是碳纤维产品中最高值，可以说碳纤维是人类制造的抗拉强度最高的三维材料。表3：著名碳纤维生产企业帝人旗下的产品性能表&表3主要基于碳纤维的力学性能，碳纤维还有很多其他优秀的性能，简要总结如下表4：碳纤维的其他优异性能
热膨胀系数
（-0.5—1.5）X10-6/K，远低于钢
抗化学腐蚀性
除强氧化酸外，抗酸、碱
400度以下性能稳定，甚至可抗1000度
应力疲劳试验百万次后，强度保留60%，钢仅40%、铝30%应用场景及公司虽然碳纤维成本并不是很低，但已经不是什么稀罕物件。总体来说，碳纤维主要应用在航空航天、风能、汽车、体育、医用设备、家居、个人用品等等。碳纤维制造企业非常集中，据说全球前6的企业供应了93%的碳纤维。这六家企业是日本的Toray(东丽）、Toho（东邦）、mitsubishi（三菱）、美国的Zoletk(卓尔泰克，好像是被东丽给收购了）、Hexcel(赫氏）、Cytec(西泰克）。这些公司的简介材料人网曾有介绍，可以参考这里：本文参考了大量外文文章如下：关于碳纤维的性能：帝人的碳纤维性能：碳纤维成本：本文由材料人网轻量化学习小组youseeme供稿，材料人网编辑整理。
刚表态过的朋友 ()求问碳纤维的原料是什么啊？_百度知道
求问碳纤维的原料是什么啊？
提问者采纳
比热及导电性介于非金属和金属之间、沥青纤维或粘胶维等经氧化碳纤维是一种纤维状碳材料，放在稀有气体的气氛中、比不锈钢还耐腐蚀。可以下这样结论，X射线透过性好、腈纶丝，具有许多宝贵的电学、又能像铜那样导电，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝，人们的技术还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维、炭化等过程制得的含碳量为90%以上的纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，纤维的密度低，无蠕变、比耐热钢还耐高温、密度比铝的小，热膨胀系数小：碳纤维由聚丙烯腈纤维？回答是否定的。目前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的碳化制得的。碳纤维是不是由碳抽成的纤维呢、人造丝等）做原料、热学和力学性能的新型材料，耐腐蚀性好，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，耐疲劳性好，在一定压强下强热碳化而成。目前。它是一种强度比钢的大
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目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维，杨氏模量是其3 倍多，耐蚀性出类拔萃、碱中不溶不胀，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，不仅杨氏模量是其2倍左右，是新一代增强纤维纤维 （carbon fibre）；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比。其间伴随的化学变化包括、氧化及脱氧等，顾名思义、环化、石墨化等4个过程。碳纤维的制造包括纤维纺丝、碳化、热稳定化（预氧化），它至今仍保持纤维形态。与传统的玻璃纤维(GF)相比，时间已过去20多年。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中、酸，而且在有机溶剂，它不仅具有碳材料的固有本征特性，脱氢
碳纤维是复合材料碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做...
碳素纤维碳素纤维的学名叫做“聚丙烯腈基碳纤维”，是由碳纤维于相关的基体树脂（如环氧树脂）制备的符合材料。由于它特有的耐高温（＞3000℃），耐烧蚀，热膨胀系数小，及高比强度、高比模量等等特性，广泛应用于航天、航空、化工、电子、体育器械、纺织、化工机械及医学领域。]
碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。1999年发生在南联盟科索沃的战争中，北约使用石墨炸弹破坏了南联盟大部分电力供应，其原理就是产生了覆盖大范围地区的碳纤维云，这些导电性纤维使供电系统短路。 目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维（如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等）做原料，将有机纤维跟...
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出门在外也不愁做碳纤维加工作坊有前途吗？
朋友想做碳纤维加工作坊，投资大不大，情景如何，作坊式的能不能做碳纤维加工。
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你说的是买来碳纤维然后加工成编织体么？
具体没做过，但国内做这个的貌似并不多，直觉上了解 这个东西还是挺有技术含量的，而且编织费用特别高，人工编织更高。作坊的机器应该是有的，具体什么个价钱 就不知道了 。我纯属凑热闹回答。不供参考 呵呵
结论是：手工制作碳纤维产品是完全可以的。从复合材料出现后直到现在，手工制作一直是碳纤维和玻璃纤维增强复合材料最广为使用的加工方法。直到最近十几年年，自动化成型方法才逐渐成熟并投入使用。我实验室的碳纤维制品几乎都是手工制作。但是设备，工艺，材料都是坑。请做好心理准备。1，首先厘清概念。“碳纤维”是一种色黑质软的细丝。主要性能特点是抗拉强度极高，重量轻。但这货很脆弱。由于纤维丝束极细，在加工过程中容易损伤，而降低性能。2，通常说的“碳纤维构件”不是纯碳，而是碳纤维与树脂基体的复合材料。由于碳纤维太软，太脆，容易损伤也无法保持特定形状，碳纤维通常被包裹在树脂基体中。碳纤维起到承载作用，树脂基体用来塑性并保护纤维。因此成型时通常把碳纤维和树脂塑料混合在一起。3，从技术上说，手工铺放是最常用的成型方法。首先根据受力情况设计产品的铺层，再选用合适的材料铺贴。铺的好不好就看技术了。铺上去之后呢，可能会有小气泡。所以还要压压紧。另外，常常出现的铺放质量问题还有，铺层褶皱，铺层重叠、间隙太大等等。背衬纸没撕干净什么的也是缺陷。铺上去之后呢，可能会有小气泡。所以还要压压紧。另外，常常出现的铺放质量问题还有，铺层褶皱，铺层重叠、间隙太大等等。背衬纸没撕干净什么的也是缺陷。你以为飞机上的碳纤维产品是怎么做的？很多都是人工铺放的。甚至是长达58米的兆瓦级风力叶片，也是人工铺放的（是真的o(&﹏&)o，这个就没法发照片了。）你以为飞机上的碳纤维产品是怎么做的？很多都是人工铺放的。甚至是长达58米的兆瓦级风力叶片，也是人工铺放的（是真的o(&﹏&)o，这个就没法发照片了。）纤维铺放完成后，要加树脂。也有把纤维和树脂预混一起铺的。纤维铺放完成后，要加树脂。也有把纤维和树脂预混一起铺的。最后加热固化。如果顺利，加工好的碳纤维制品有独特的光泽。且“以手扣之，玎珰如金玉”2，设备不是太贵。真空辅助膜压，只需要一个加热箱，一个真空泵，设备就够了。
如果采用别的固化工艺，例如热压罐固化，或者是平板加热固化，设备本身也不是特别昂贵。至于连续纤维的拉挤设备，就更便宜了。但是碳纤维材料和加工的辅助材料很贵。碳纤维的高价格就不说了。为了抽真空的辅助材料如真空膜，半透膜；还有为了脱模而采用的聚四氟乙烯薄膜都很贵，更坑爹的是这些都是一次性使用的。工业上的说法是，每生产1kg的碳纤维制品大约需要1kg的辅助材料。 综上，碳纤维制品的价格居高不下。目前还主要用于航空航天等方面。也有用于高档体育器材，高档汽车等。3，从产品和销量上讲，我一直想自己做点东西的。感觉没有产品和销量。可以再交流。
猪猪球说的制造方式，我认为楼主可以去看一个很老（90年代）美国人拍的关于隐形飞机项目竞争的视频（公开的，没有机密）。机翼是一整块复合材料，需要一层一层的铺上去，然后加树脂类的胶，在压力罐里烤很久。然后用超声波一厘米一厘米检查整个机翼，发现一个小气泡小裂纹那么整个机翼就报废了，需要重新做一个。
南方做的比较多，一般都是体育器材、碳管、异形件，最近几年无人机比较火，也促进了碳纤维应用领域的发展。小作坊也可以，本身成型工艺并不难，但是很多技术的问题首先要懂。
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碳纤维六棱管哪里有碳纤维材料的制作生产用料仓
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& 碳纤维六棱管哪里有碳纤维材料的制作生产用料仓
碳纤维材料的制作生产用料仓是怎祥的，如何进行料位测定？
碳纤维材料生产用料仓有钢筋混凝土结构和金属结构两类。料仓的闸门主要有平闸门、扇形闸门和颚式闸门，它们的启动方式有以下几种：手动式、气动式、电动式和液压推动式。
&&&&& 碳纤维材料生产用料仓有钢筋混凝土结构和金属结构两类。料仓的闸门主要有平闸门、扇形闸门和颚式闸门，它们的启动方式有以下几种：手动式、气动式、电动式和液压推动式。气动式主要以气缸的高压气体推动闸板运动来启闭闸门；电动式是以电的推杆形式启闭闸门；液压推动式是以液压缸来推动启闭闸门。碳纤维材料生产厂采用的料仓一般布置成一字形。
&&&&& 料仓中料位的测定，可采用各种指示仪表，如探锤、电容料位指示仪、同位素料位控制仪和超声波料位测定仪。其中探锤是在一机械传动的绞筒上的钢丝另一端系上铅锤，当绞筒传动后，铅锤下降，待它接触到物料面时，钢丝立即松弛而发出一个信号，并把料仓中物料的高度记录下来。料位测定指示仪有两种：一种是料位连续测定，其采用连续
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热线：400-碳纤维材料车架浅谈
& & Carbon，是个让车友们又爱又恨的东西，碳纤车有着高贵的名号，以及高人一头的价位，但它也有不为人知的一面，像无法回收不环保，相对金属车架更容易断裂等，那么碳架车到底如何呢？
& & 碳纤车之所以价位高，表示它光鲜的外表并不是用来炫耀的，在一些方面碳纤维的特性确实要比金属更适合运动，比如说轻以及各种比值，像下图：
& & 当然碳纤材料也有逊色的地方，可以看到图中个材料在相同的机构下重量刚性比几乎是相同的，甚至更轻的碳纤材料在刚性上不免输给较重的金属架，那么轻量化的车架刚性都不好么，这当然是否定的，车架的设计师们通常会在结构上做些手脚，像采用加大管径并减小壁厚的设计，让碳架的动力传导区域更具刚性，这点在很多金属架上也很常见，能够减小重量和增加刚性，这也是很多金属车架管径都比较大的原因。
& & 当然这点也有缺点，像铝合金的管子抽到一定的薄度在焊接上就会有问题，碳纤维也是一样，薄到一定程度，反而会产生相反的效果。
& & 看看我们的碳布，看起来像是一坨塑料布，很多童鞋都会发现这材料为什么没有那种碳纤花纹呢？像下面这幅。
& & 原来前者是单一方向的碳纤布，后者才是真正编织过的碳纤布料，编织过的碳纤K值则表示每一束碳纤维里面的碳丝数量。当然是越大越好，因为这跟生产成本有关。
& & 就像看到的碳纤的强度仅表现在纤维纵向上，所以我们要把这些纤维横竖编织起来，经过层层编织后，碳纤材料的强度会逐渐的显现出来，
& & 对于碳纤维众多的编号，我们也只能是&看看而已&，那么众多的型号到底强度如何呢？这张图片能够很好的展示出来。里面T和M是朝着两个不同特性发展的碳纤材料。
& & 碳纤车架的制作并不是把碳纤布卷成管子在接起来那么简单，对于碳纤管材和车架的制作每个厂家都有自己的特点，不过一般都是采用接管或是一体成型的方式，碳纤车架的制造很有技术含量，这也是廉价代工厂生产出的碳架与正规品牌碳纤维车架有相当差距的原因所在。
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