聚丙烯腈（PAN）碳纖維和石墨纖維是將PAN原料經預氧化、碳化和石墨化等工藝制備而成，其中含碳量在99%以上者為石墨纖維。PAN 的結構形態為纖維的截面，呈圓形，纖維直徑為25～100nm，每根纖維由眾多約5nm的石墨微晶組成，而微晶的基面沿著纖維中心軸呈現非常有規則的排列。

    將聚丙烯腈原絲經預氧化、碳化、石墨化等階段制得高強度、高模量纖維。石墨化的溫度不高，在1000℃～1500℃制得的稱碳纖維，在3000℃下制得的稱石墨纖維，但常常也將兩者統稱為碳纖維，其生產流程如下：丙烯腈聚合→紡絲→聚丙烯腈原絲→在200℃～300℃下預氧化→在1000℃～1500℃下碳化→碳纖維→在2800℃下石墨化→石墨纖維。

    碳纖維是纖維狀的碳素材料，所以具有碳素材料的特性，如密度小、導熱性、導電性、自潤滑性等。此外碳纖維是纖維材料中比模量最高的纖維，拉伸強度與玻璃纖維相近，彈性模量是玻璃纖維的4～5倍。

    聚丙烯腈基碳纖維與石墨纖維的性能有以下幾點。⑴機械性能：由于原絲制備方法不同，碳纖維的力學性能也不同，國產碳纖維的性能如表6-97和表6-98所示。

    ⑵電學性能：碳纖維和石墨纖維具有較好的導電性能，電阻率為10^-4～10^-2Ω？cm。⑶熱性能：碳纖維和石墨纖維的線膨脹系數小，在纖維軸方向，高模型是1×10^-6K^-1，高強型為-0.5×10^-6K^-1；在橫向約為16.8×10^-6K^-1。纖維在300℃非氧化氣氛的高溫下不熔化，不軟化。此外，碳纖維的熱導率高，在纖維軸方向的熱導率是83.7～125.6W/（m?K），纖維的橫方向熱導率低為O.84W/（m?K），并隨著溫度上升而下降，在1500℃時的熱導率為常溫時的15%～30%。⑷化學性能：碳纖維和石墨纖維能被強氧化劑氧化。但耐酸、堿性很好，如將纖維置于酸液中200d后，測其彈性模量、纖維直徑和拉伸強度時，發現在質量分數為50%鹽酸、硫酸和磷酸中無明顯變化；在質量分數為50%硝酸中略有膨脹；在次氯酸溶液中僅僅直徑減小。此外，還能耐油、苯、丙酮等介質。

    ⑸摩擦和磨損性能：碳纖維和石墨纖維具有自潤滑性，它的摩擦系數小，耐磨性能好。在銅中混入25%（質量分數）碳纖維可以使磨損率降低到1%，加在塑料制品中，磨損率可降低到1%。，摩擦系數也降低至0.2～0.3。

    此外，它還具有防原子輻射、吸收氣體和使中子減速等特性。

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責任編輯：龐雪潔

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