短切碳纤维起源

1880年，美国发明家爱迪生首先将竹子纤维碳化成丝，作为电灯泡内发光灯丝，开启了碳纤维(CarbonFiber，简称CF)的先河。碳纤维用于结构材料的首创者，则以美国UnionCarbide公司(U.C.C.)为代表，于1959年以螺距纤维为原料，经过数千百度的高温碳化后，得到弹性率约40GPa，强度约为0.7GPa的碳纤维;1965年该公司又用相同原料于3000℃高温下延伸，开发出丝状高弹性石墨化纤维，弹性率约500GPa，强度约为2.8GPa。 1961年，日本大阪工业技术试验所进藤召男博士，以Polyacrylonitrile(简称PAN)聚丙烯腈为原料，经过氧化与数千度的碳化工序后，得到弹性率为

160GPa、强度为0.7GPa的碳纤维。

1962年，日本碳化公司(NipponCarbonCo.)用PAN为原料，制得低弹性系数(L.M.)碳纤维。东丽公司亦以PAN纤维为原料，开发了高强度CF，弹性率约为230GPa，强度约为2.8GPa，并于1966年起达到每月量产1吨的规模，与此同时他们还开发了碳化温度2000℃以上的高弹性率CF，弹性率约400GPa，强度约为2.0GPa。PAN系碳纤维产量于1992年已达6500吨/年，至2000年已超过1万t/a以上。

虽然碳纤维需求量逐渐扩大，但于1991年冷战结束后，军事用途使用量萎缩，又因经济萧条，供需失去平衡，产业受到冲击。然而，美国波音公司新锐机型B777的生产，加上土木、建筑、汽车与复合材料应用领域的扩大，使得碳纤维产业逐渐缓步成长。

短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，其基本性能主要取决于其原料--碳纤维长丝的性能。短纤维具有分散均匀、喂料方式多样、工艺简单等的优点，可以应用于碳纤维长丝所不适合的特殊领域。

碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀性强、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。碳纤维主要被制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用。 每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约5滋m~8滋m。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，由一层层以六角型排列的碳原子构成。碳纤维与石墨两者的差别在于层与层之间的连接。石墨是晶体结构，它的层间连接松散，而碳纤维不是晶体结构，层间连接是不规则的，这样可防止滑移，增强物质强度。

一般碳纤维的密度为1750kg/m3，导热能力高但传电能力低，碳纤维的比热容量亦比铜低。当加热的时候，碳纤维会变厚、变短。虽然碳纤维的天然颜色是黑色，但科学家可以把它染成不同的颜色。

碳纤维具有普通纺织品的柔软性，可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。

1994年至2002年左右，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。现在国内已经有使用长纤碳纤维制作国家电网电缆的使用案例多处。同时，碳纤维发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。

主要技术指标:

碳纤维混凝土已在以下方面得到了广泛应用 :

(1)在混凝土中加入适量的短切碳纤维，可以提高混凝土的抗拉强度、弯曲强度和抗冲击性能，降低干缩，改善耐磨性能，提高混凝土的减震能力，改善新旧混凝土之间的粘结强度和提高砖与砂浆的粘结强度，因而在实际建筑中使用有相当潜力。目前，利用短切碳纤维增强混凝土，可以制成各种屋面、内外墙、地面及天花板的板材等，未来的一种发展趋势是利用通长碳纤维增强混凝土作为承重构件。

(2)碳纤维能阻止混凝土构件裂缝的扩散展开，而目前我国高强度混凝土裂缝问题较突出，因而可研究尝试采用碳纤维来改善高强度混凝土的性能。

(3)在混凝土中掺人碳纤维可显著改善其导电性能，所以，碳纤维混凝土可在工业防静电、接地工程和钢筋阴极保护等方面发挥重要作用。

(4)在普通混凝土中填加短切碳纤维，可以显著增强混凝土的电磁屏蔽性能，因此，碳纤维屏蔽混凝土可以应用于军事和商业中，例如防止核爆炸电磁杀伤、干扰和常规电磁武器杀伤、电磁屏蔽防护、电磁信号秘密的保护等，还可以应用于民用建筑以防止电磁污染。

(5)碳纤维混凝土的力电效应与混凝土的力学行为关系密切，因而其电热效应可用于桥梁路面的融雪化冰。

(6)利用碳纤维混凝土的力电效应，可以为无损伤检测混凝土强度等提供新的方法。

(7)近年来，利用碳纤维增强材料修复补强混凝土结构的技术已日臻完善且迅速发展。例如，意大利的不少工业厂房(如双曲薄壳)、桥梁、住宅(混凝土框架)采用粘贴碳纤维增强塑料筋带进行加固效果明显，达到原有强度和刚度的性能要求;日本在桥梁、桥面板、隧道工程中也有采用碳纤维增强塑料筋片获得成功的实例;连续纤维增强塑料(FRP)补强加固技术日臻成熟，世界各国先后编制出相应的规范，我国于2003年颁布了CECS 146:2003《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》。

(8)碳纤维混凝土具有温敏性，即温度变化引起的电阻变化(温阻性)及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性(Seebeck效应)，因此，可用于对建筑物内部和周围环境变化的实时监控;也可以实现对大体积混凝土的温度自监控，以及用于热敏元件和火警报警器等;可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。

(9)利用碳纤维混凝土的力学机敏性，通过监测碳纤维混凝土的电阻变化率，就能够掌握碳纤维混凝土结构的应力应变状态，以实现对结构物损伤的定位及损伤程度的评估，可用于大坝、桥梁及重要的建筑结构，实现对结构的实时在线监测。

carbon fiber reinforced Ag-matrix composite;graphite fiber reinforced Ag-matrix composite

以银及银合金为基体，以连续或短切碳纤维增强的银基复合材料。

这种银基复合材料保持了银的良好导电导热性能，又由于高强度、高模量的纤维的加入提高了材料的室温和高温强度，弹性模量以及耐烧蚀性，是新一代的触点材料和大电流密度的电刷材料，用于惯性电机和武器系统，电流密度可达500A/cm2。用于电触头具有好的耐烧蚀性。其制造方法是将碳纤维与银粉混合或将碳纤维镀银并按一定方式排列及热压成复合材料或通过挤压成棒材。