碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。其含碳量高于90%，微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，具有亂層石墨結(jié)構(gòu)，其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。

碳纖維主要產(chǎn)品形式

資料來源：中經(jīng)先略數(shù)據(jù)中心整理

　　碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，也兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維（GF）相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維（KF-49）相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。

　　一、干噴濕紡法

　　碳元素的各種同素異形體(金剛石、石墨、非晶態(tài)的各種過渡態(tài)碳)，根據(jù)形態(tài)的不同，在空氣中在350℃以上的高溫中就會不同程度的氧化；在隔絕空氣的惰性氣氛中(常壓下)，元素碳在高溫下不會熔融，但在3800K以上的高溫時不經(jīng)液相，直接升華，所以不能熔紡。碳在各種溶劑中不溶解，所以不能溶液紡絲。碳纖維不能用熔融法或溶液法直接紡絲，只能以有機纖維為原料，采用間接方法來制造。

　　通常用有機物的炭化來制取碳纖維，即聚合預(yù)氧化、炭化原料單體原絲一預(yù)氧化絲一碳纖維。碳纖維的品質(zhì)取決于原絲，其生產(chǎn)工藝決定了碳纖維的優(yōu)劣。以聚丙烯腈(PAN) 纖維為原料，干噴濕紡和射頻法新工藝正逐步取代傳統(tǒng)的碳纖維制備方法(干法和濕法紡絲)。

　　干噴濕紡法即干濕法，是指紡絲液經(jīng)噴絲孔噴出后，先經(jīng)過空氣層(亦叫干段)，再進入凝固浴進行雙擴散、相分離和形成絲條的方法。經(jīng)過空氣層發(fā)生的物理變化有利于形成細特化、致密化和均質(zhì)化的絲條。紡出的纖維體密度較高，表面平滑無溝槽，且可實現(xiàn)速紡絲，用于生產(chǎn)高性能、 高質(zhì)量的碳纖維原絲。干噴濕紡裝置常為立式噴絲機，從噴絲板噴出的紡絲液細流經(jīng)空氣段(干段) 后進入凝固浴，完成干噴濕紡過程；再經(jīng)導(dǎo)向輥、 離浴輥引入的絲條經(jīng)后處理得到PAN纖維。

　　二、射頻法

　　PAN原絲經(jīng)過預(yù)氧化(200～350℃，射頻負壓軟等離子法)、碳化(800～ 1200℃，微波加熱法)到石墨化(2400~ 2600℃，射頻加熱法)，主要受到牽伸狀態(tài)下的溫度控制。在這一形成過程中達到纖維定型、碳元素富集，分子結(jié)構(gòu)從聚丙烯腈高分子結(jié)構(gòu)一亂層的石墨結(jié)構(gòu)一三維有序的石墨結(jié)構(gòu)。

　　國內(nèi)有自主知識產(chǎn)權(quán)的“射頻法碳纖維石墨化生工藝”開辟了碳纖維生產(chǎn)的創(chuàng)新之路，它采用射頻負壓軟等離子法預(yù)氧化 PAN原絲，接著用微波加熱法碳化，最后用射頻加熱法石墨化形成小絲束碳纖維。

　　2016年我國碳纖維復(fù)合材料行業(yè)市場規(guī)模約38.68億元，同比2015年的32.89億元增長了17.6%，近幾年我國碳纖維復(fù)合材料規(guī)模情況如下圖所示：

2012-2016年中國碳纖維復(fù)合材料的市場容量

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　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，碳纖維產(chǎn)業(yè)需要加強生產(chǎn)企業(yè)以及上下游企業(yè)和科研單位之間的聯(lián)系與合作，關(guān)注先進加工工藝進展，推進研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用一體化，以應(yīng)用帶動上游發(fā)展。