近年來，碳纖維筆記本電腦、碳纖維自行車、碳纖維網(wǎng)球拍等一系列碳纖維產(chǎn)品走進(jìn)了尋常百姓家，使得“碳纖維”成為了大家最耳熟能詳?shù)男虏牧现弧３祟l繁現(xiàn)身于日常用品，碳纖維還被應(yīng)用在汽車、航空、航天、船舶、能源等高新產(chǎn)業(yè)。可以說，幾乎在所有的軍事和民用領(lǐng)域中都可以看到碳纖維的身影。然而，你知道碳纖維是怎樣制造出來的嗎？

    碳纖維應(yīng)用在空客A380客機(jī)上

    什么是碳纖維？

    回答這個(gè)問題前，我們先了解一下什么是碳纖維。碳纖維（carbon fiber），顧名思義，就是由碳元素組成的纖維，含碳量高于90%。在微觀上，碳纖維的結(jié)構(gòu)和石墨有點(diǎn)相似，都是由層狀的碳片狀晶體組成。這些碳片狀晶體有一個(gè)名字，叫做石墨烯。它只有一層原子厚度，面內(nèi)的碳原子呈六角形排列，類似于蜂窩的形狀。這種獨(dú)特的原子排列結(jié)構(gòu)，使得石墨烯成為最強(qiáng)韌的材料。在石墨中，這些碳片狀晶體非常有規(guī)則地層疊起來；然而，在碳纖維中，這些碳片狀晶體并不總是那么規(guī)則，有時(shí)候碳片狀晶體碳片狀晶體可能出現(xiàn)相互交錯(cuò)情形。

石墨烯（左）和石墨（右）

    碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)使其具有許多優(yōu)良性能，在保持密度低的前提下，獲得很大的軸向強(qiáng)度和楊氏模量，同時(shí)，碳纖維具有很好的耐超高溫性，耐疲勞性和耐腐蝕性，以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。這些優(yōu)良的特性，是保證其在各領(lǐng)域中得到應(yīng)用的前提。

    如此性能良好的碳纖維是怎樣制成的？

    盡管碳纖維主要由碳組成，微觀結(jié)構(gòu)也和石墨非常接近；然而，人們至今還不能直接用碳或石墨來制取碳纖維，只能采用一些含碳的有機(jī)纖維原料，將有機(jī)纖維與塑料樹脂結(jié)合在一起炭化制得碳纖維。

 碳纖維車身

    被選用來制備碳纖維的有機(jī)纖維主要包括：聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維等，其中應(yīng)用較普遍的是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。選用不同的有機(jī)纖維作為原料，對(duì)具體的工藝參數(shù)會(huì)有不同的要求，制備出來的碳纖維的性能也會(huì)有一定的差異。然而，在這過程中，普遍需要經(jīng)歷纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預(yù)氧化）、氧化、碳化四個(gè)過程，其間伴隨著脫氫、環(huán)化、預(yù)氧化、氧化及脫氧等化學(xué)變化。經(jīng)過這些過程以后，我們就可以得到碳纖維的原絲。

    然而，制備出原絲并不意味著制備碳纖維的過程就結(jié)束了。制備出原絲后，還需要經(jīng)過上漿和固化的過程。所謂的上漿就是將原絲和環(huán)氧樹脂混合的過程。上漿過程使用的方法可以很多，可以通過自動(dòng)放置機(jī)械會(huì)將碳纖維浸泡在環(huán)氧樹脂中，也可以人工地將環(huán)氧樹脂和其他高分子與碳纖維混合起來。上漿結(jié)束后，就需要經(jīng)過最后的一個(gè)程序，那就是固話。固化過程常用到的方法是加熱，或者將環(huán)氧樹脂放在真空中加壓。固化主要是讓包裹了環(huán)氧樹脂的碳纖維硬化；此外，在固化過程中，碳纖維可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成原絲材料中不含碳的物質(zhì)，導(dǎo)致纖維顆粒之間的團(tuán)聚作用力更加強(qiáng)。這時(shí)候，碳纖維的產(chǎn)品就真正做好了。

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