低成本高性能碳纖維的研究進展

楊建校，李軒科，劉金水，劉洪波，張福全

（湖南大學 材料科學與工程學院，長沙 410082）

低成本高性能碳纖維的研究進展

楊建校，李軒科，劉金水，劉洪波，張福全

（湖南大學 材料科學與工程學院，長沙 410082）

簡介了碳纖維的發展歷程、種類和性能，重點綜述了低成本高性能碳纖維的研究進展，并對碳纖維的發展前景進行了展望。指出隨著社會經濟的不斷發展，碳纖維的市場需求越來越大。然而高昂的碳纖維生產成本，限制了碳纖維的普及應用。低成本高性能碳纖維是開拓碳纖維應用領域的關鍵環節，開發新型的碳纖維前軀體與優化碳纖維生產工藝已成為碳纖維研究的當務之急。

低成本；高性能；碳纖維；紡絲；預氧化；碳化；汽車輕量化

0 引言

碳纖維是一種比鋁輕、比鋼強、比人發細和含碳量＞90%的纖維狀碳材料[1]。碳纖維具有高的拉伸強度（2～7 GPa）、高的壓縮強度（＞3 GPa）、高的拉伸模量（200～900 GPa）、低的密度（1.75～2.18 g/cm3）、耐高溫、抗燒蝕、耐腐蝕、以及高的導熱和導電性、低的熱膨脹系數、自潤滑和生物相容性等優異性能[2]。因此，碳纖維首先是航空、航天、原子能等尖端技術和軍事工業發展的重要戰略物資材料，是各個國家夢寐以求的工業原材料。隨著其生產技術的提高，碳纖維價格的逐步降低，碳纖維的應用范圍也正在進一步地不斷擴大。最近，碳纖維被廣泛應用于航空、軍事、體育用品、汽車產業、橋梁建筑等結構材料中，特別是民用航空和汽車用碳纖維的需求顯示出巨大的潛力。圖1是日本東麗公司發布的全球碳纖維各年度市場消耗量和將來需求趨勢的數據[3]。……