碳纖維是一種絲狀碳素材料，由有機纖維經碳化以及石墨化處理而得到的 微晶石墨材料，直徑 5-10 微米，含碳量高達 90%以上，強度比鋼鐵高但密度比鋁小，具有輕 質、高強度、高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優異特性，廣泛應用于航空航天、國 防、交通、能源、體育休閑等領域。碳纖維“外柔內剛”，具有一般碳素材料的固有特性，但其 外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維方向有很高的強度，是新一代增強纖維。

碳纖維和其他材料性能對比

　　一、碳纖維的物理特性簡介：

　　1、碳纖維的密度在(1.5~2.0) g/cm3 之間，除與原絲結構有關外，還取決于碳化處理溫度， 一般經高溫石墨化（3000 oC）處理，密度可達 2.0 g/cm3； 2、碳纖維熱膨脹系數呈現各項異性的特點，與其他纖維不同：平行于纖維方向是負值 (-0.72 ~ -0.90)*10-6 K -1，而垂直于纖維方向是正值(22 ~ 32)*10-6 K -1； 3、碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負值，兩者組合應用時會發生電化學腐 蝕。

　　二、碳纖維的分類

　　按照原料體系：碳纖維主要分為粘膠基、瀝青基和聚丙烯腈（PAN）基三大種類，其中 PAN 基碳纖維因其生產工藝簡單、成本較低、力學性能優良等特點，已成為當今世界發展最 快、產量最高、品種最多、應用最廣的一種碳纖維，碳纖維市場占有率高達 90%以上。

　　粘膠基碳纖維的原材料是纖維素，經紡絲制備纖維素后進行預氧化處理和碳化處理形成粘膠基纖維。其制備工藝與 PAN 基碳纖維有所不同，在預氧化之前需要進行水洗和催化浸漬 過程，而之后的預氧化過程是將有機纖維變為無機纖維的關鍵。由于生產粘膠基碳纖維的工藝 流程較長，工藝條件苛刻，碳化吸收率低（理想值為 44.4%，但實際值僅有 10%-30%），成 本高，不宜大規模生產，綜合性能劣于 PAN 基纖維，隨著 60 年代 PAN 基和瀝青基碳纖維的 出現而逐步萎縮，目前產量不足全球總產量的 1%。但其堿金屬以及堿土金屬離子含量低，在 隔熱、耐燒蝕等方面有著不可替代的用途，主要用于軍事和航空航天領域，不會完全淘汰出局。

　　瀝青基碳纖維原料一般為可紡瀝青，主要是石油瀝青和煤瀝青，也可以由聚氯乙烯裂解 得到�？杉彏r青含碳量高達 80%以上，可以用來制備碳纖維，但其軟化點低于 120 oC，在生 產碳纖維之前必須進行調制和改性預處理，制備軟化點在 250 oC 以上的高軟化點瀝青。各向 同性的瀝青原料經過不同方法的預處理之后，可制備成通用性紡絲瀝青和中間相瀝青。通用級 瀝青呈各向同性的結構，生產成本低，所制備的碳纖維力學性能不高，一般用作民用和制備活 性炭纖維。中間相瀝青結構呈各向異性，用于制備高性能碳纖維。瀝青基碳纖維原料來源豐富 便宜、理論成本最低、碳吸收率高（80% ~ 90%），然而其強度較低、產品重復性差，實際高 性能瀝青基碳纖維成本反而高于 PAN 基碳纖維，應用領域受到一定的限制。其具有優良的傳 熱、導電性能和極低的熱膨脹系數能滿足特種市場如宇航部的需要，同時顯示有望降低價格形 成大規模生產的可能。

　　PAN 基碳纖維原料為丙烯腈（AN），并通過聚合、紡絲、預氧化、碳化、石墨化等多個 過程制備 PAN 基碳纖維，碳化吸收率較高（50% ~ 60%）。PAN 纖維是生產高性能碳纖維最 有前途的前驅體，利用其制備的碳纖維綜合性能最好、生產工藝成熟簡單、應用最廣、品種最 多，是目前全球碳纖維市場的主流，產量占全球碳纖維總產量的 90%以上。

三大類碳纖維性能對比

　　根據碳纖維束單絲數量：碳纖維可以分為小絲束和大絲束兩種。單絲數量在 24K 及以下 的稱為“宇航級”小絲束，如 1K、3K、6K、12K 和 24K，單絲數量在 48K 及以上的稱為“工業 級”大絲束，如 48K、60K、120K、360K 和 480K，其中 K 代表 1000 根單絲。小絲束工藝控 制要求嚴格，生產成本較高，但絲束越小制造出來的產品越輕薄，性能越高，主要應用于航空 航天、軍工等高端領域，大絲束工藝要求相對不那么嚴格，生產成本較低，主要應用于汽車、 風力發電等工業領域，未來其性能有望得到進一步地改善。

　　目前日本在小絲束碳纖維生產方面占有絕對的優勢，而歐美在具有發展前景的大絲束碳纖維生產方面優勢明顯。

全球小絲束碳纖維市場份額

全球大絲束碳纖維市場份額

　　按照力學性能：碳纖維分為通用型、高強型、中模高強型、高模型和超高模型，強度越 大越不容易拉斷，模量越大越不容易彎折變形。

不同型號碳纖維對比

　　按照纖維狀態：碳纖維分為長絲、短纖維和短切纖維。