高強(qiáng)高模聚乙烯纖維成形機(jī)理與工藝研究

高強(qiáng)高模聚乙烯纖維成形機(jī)理與工藝研究一、本文概述本文旨在深入探索高強(qiáng)高模聚乙烯纖維（High-StrengthHigh-ModulusPolyethyleneFiber，簡(jiǎn)稱HSHMPEF）的成形機(jī)理與工藝研究。HSHMPEF作為一種新型的高性能纖維材料，因其出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，在航空航天、汽車工業(yè)、體育用品、安全防護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，其復(fù)雜的成形過程和多變的工藝參數(shù)使得纖維的性能優(yōu)化和控制成為一個(gè)亟待解決的問題。本文將系統(tǒng)闡述HSHMPEF的基本性質(zhì)，包括其分子結(jié)構(gòu)、力學(xué)特性以及應(yīng)用領(lǐng)域等，為后續(xù)的研究提供理論基礎(chǔ)。通過對(duì)HSHMPEF成形過程的分析，揭示其成形機(jī)理，包括聚合物鏈的取向、結(jié)晶、熱收縮等關(guān)鍵步驟。在此基礎(chǔ)上，本文將深入探討影響HSHMPEF性能的主要工藝參數(shù)，如紡絲溫度、紡絲速度、拉伸比等，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其影響規(guī)律。本文將提出一種優(yōu)化的HSHMPEF成形工藝，旨在實(shí)現(xiàn)纖維性能的穩(wěn)定提升和成本控制。該工藝將綜合考慮成形機(jī)理、工藝參數(shù)以及實(shí)際生產(chǎn)需求，以期在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。本文的研究將為HSHMPEF的進(jìn)一步應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供有力支持。二、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理高強(qiáng)高模聚乙烯纖維（High-StrengthHigh-ModulusPolyethyleneFiber，簡(jiǎn)稱HSHMPE纖維）的成形機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到纖維分子鏈的取向、結(jié)晶、以及熱處理等多個(gè)關(guān)鍵步驟。在纖維的成形初期，聚合物熔體在紡絲機(jī)的作用下被拉伸成細(xì)長(zhǎng)的纖維狀。在這個(gè)過程中，由于拉伸力的作用，聚合物分子鏈會(huì)沿著纖維軸向取向，使得纖維在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出高度有序性。這種取向不僅提高了纖維的拉伸強(qiáng)度，也為其后續(xù)的高模量特性奠定了基礎(chǔ)。接下來，纖維進(jìn)入結(jié)晶階段。在這個(gè)階段，聚乙烯分子鏈在熱的作用下逐漸排列成晶體結(jié)構(gòu)，使得纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密和穩(wěn)定。結(jié)晶度的提高能夠有效增強(qiáng)纖維的力學(xué)性能，包括拉伸強(qiáng)度和模量。熱處理是成形過程中的關(guān)鍵步驟之一。通過控制熱處理溫度和時(shí)間，可以進(jìn)一步優(yōu)化纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和分子鏈取向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維力學(xué)性能的精確調(diào)控。熱處理還能夠消除纖維內(nèi)部殘余應(yīng)力，提高纖維的尺寸穩(wěn)定性。高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理是一個(gè)涉及分子鏈取向、結(jié)晶和熱處理等多個(gè)方面的復(fù)雜過程。通過深入研究這些成形機(jī)理，可以為優(yōu)化纖維生產(chǎn)工藝、提高纖維性能提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。三、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形工藝研究高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形工藝是制造過程中最為核心和關(guān)鍵的一環(huán)。本研究對(duì)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形工藝進(jìn)行了深入研究，以期提高纖維的性能和生產(chǎn)效率。我們研究了聚乙烯原料的選擇與處理。原料的純度、分子量和分子量分布對(duì)最終纖維的性能具有重要影響。通過優(yōu)化原料選擇和處理工藝，我們成功提高了聚乙烯的結(jié)晶度和取向度，為后續(xù)的紡絲過程打下了良好基礎(chǔ)。紡絲工藝是纖維成形的關(guān)鍵步驟。我們系統(tǒng)研究了紡絲溫度、紡絲速度、拉伸比等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過優(yōu)化紡絲工藝參數(shù)，我們成功實(shí)現(xiàn)了纖維的均勻紡絲和高效拉伸，顯著提高了纖維的強(qiáng)度和模量。熱處理工藝對(duì)纖維性能的提升也起到了重要作用。我們研究了熱處理溫度、時(shí)間和氛圍等因素對(duì)纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響，并找到了最佳的熱處理工藝條件。通過熱處理，纖維的結(jié)晶度和取向度得到進(jìn)一步提高，纖維的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性也得到了顯著改善。我們還將成形工藝與纖維的微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合，深入探討了工藝參數(shù)對(duì)纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能的影響機(jī)制。通過對(duì)比分析不同工藝條件下纖維的微觀結(jié)構(gòu)和性能變化，我們揭示了成形工藝與纖維性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)提供了理論依據(jù)。本研究對(duì)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并成功優(yōu)化了原料處理、紡絲工藝和熱處理工藝等關(guān)鍵步驟。通過優(yōu)化工藝參數(shù)，我們成功提高了纖維的強(qiáng)度和模量，并揭示了工藝參數(shù)與纖維性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。這些研究成果對(duì)于提高高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的性能和生產(chǎn)效率具有重要意義。四、實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)采用的主要原料為高分子量聚乙烯（HMPE），其分子量在100萬以上，購(gòu)自于公司。其他輔助材料如催化劑、抗氧化劑等，均采購(gòu)自國(guó)內(nèi)知名化學(xué)品供應(yīng)商，并經(jīng)過嚴(yán)格篩選，確保其質(zhì)量和純度滿足實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括紡絲機(jī)、熱拉伸機(jī)、電子顯微鏡、萬能材料試驗(yàn)機(jī)等。紡絲機(jī)用于制備初生纖維，熱拉伸機(jī)用于對(duì)初生纖維進(jìn)行熱拉伸處理，電子顯微鏡用于觀察纖維的微觀結(jié)構(gòu)，萬能材料試驗(yàn)機(jī)用于測(cè)試?yán)w維的力學(xué)性能。所有設(shè)備在使用前均經(jīng)過校準(zhǔn)和測(cè)試，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)首先通過紡絲機(jī)將高分子量聚乙烯制備成初生纖維，然后在不同溫度和拉伸比下進(jìn)行熱拉伸處理。處理后的纖維經(jīng)過冷卻、定型等步驟，最終得到高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝參數(shù)，如紡絲溫度、紡絲速度、拉伸溫度、拉伸速度等，以確保纖維的性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程中，首先進(jìn)行紡絲實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)整紡絲機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，制備出質(zhì)量穩(wěn)定的初生纖維。然后，將初生纖維置于熱拉伸機(jī)中，在不同溫度和拉伸比下進(jìn)行熱拉伸處理。處理過程中，使用電子顯微鏡實(shí)時(shí)觀察纖維的微觀結(jié)構(gòu)變化，同時(shí)記錄各項(xiàng)工藝參數(shù)和纖維的性能數(shù)據(jù)。對(duì)處理后的纖維進(jìn)行冷卻、定型等后處理步驟，得到最終的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維。通過實(shí)驗(yàn)，我們得到了不同工藝參數(shù)下制備的高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的性能數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，我們發(fā)現(xiàn)纖維的性能與紡絲溫度、紡絲速度、拉伸溫度、拉伸速度等工藝參數(shù)密切相關(guān)。我們還發(fā)現(xiàn)纖維的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其性能也有重要影響。因此，我們將進(jìn)一步深入研究這些因素對(duì)纖維性能的影響機(jī)制，為優(yōu)化高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的制備工藝提供理論支持。以上為本實(shí)驗(yàn)部分的主要內(nèi)容，通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析，我們?yōu)楦邚?qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理與工藝研究提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在接下來的工作中，我們將繼續(xù)深入研究纖維的性能優(yōu)化和應(yīng)用拓展等方面的問題。五、結(jié)論與展望隨著高性能纖維材料的快速發(fā)展，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維作為一種重要的輕質(zhì)高強(qiáng)材料，在航空航天、汽車制造、體育用品等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文圍繞高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理與工藝進(jìn)行了深入研究，取得了一些重要的成果和認(rèn)識(shí)。結(jié)論方面，本研究通過對(duì)聚乙烯纖維的分子結(jié)構(gòu)、紡絲工藝、熱處理工藝以及拉伸工藝等方面的系統(tǒng)研究，揭示了高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯纖維的分子鏈結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度、取向度等因素對(duì)其力學(xué)性能有著重要影響。通過優(yōu)化紡絲工藝參數(shù)，如紡絲溫度、紡絲速度、拉伸比等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維力學(xué)性能的調(diào)控。同時(shí)，熱處理工藝和拉伸工藝也是提高纖維強(qiáng)度和模量的關(guān)鍵。展望方面，雖然本研究在高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理與工藝方面取得了一定成果，但仍有許多問題值得進(jìn)一步探討。例如，如何進(jìn)一步提高聚乙烯纖維的結(jié)晶度和取向度，以實(shí)現(xiàn)更高的力學(xué)性能；如何優(yōu)化紡絲工藝參數(shù)，以提高纖維的生產(chǎn)效率和降低成本；如何拓展聚乙烯纖維的應(yīng)用領(lǐng)域，以滿足不同行業(yè)的需求等。未來，我們將繼續(xù)深入研究高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理與工藝，探索新的制備方法和改性技術(shù)，以提高纖維的力學(xué)性能和降低成本。我們也將關(guān)注聚乙烯纖維在其他領(lǐng)域的應(yīng)用研究，如智能纖維、生物醫(yī)用纖維等，以期為高性能纖維材料的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。參考資料：碳纖維，以其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高剛性的特性，逐漸在材料科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。尤其是高強(qiáng)中模碳纖維，其性能與強(qiáng)度，更是賦予了樹脂基復(fù)合材料無與倫比的優(yōu)勢(shì)。近年來，國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)中模碳纖維及其增強(qiáng)高韌性樹脂基復(fù)合材料的研究取得了顯著的進(jìn)展。在國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)中模碳纖維的研究方面，我們的科研人員經(jīng)過不懈的努力，成功實(shí)現(xiàn)了碳纖維的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)。此項(xiàng)突破不僅打破了國(guó)外技術(shù)的壟斷，更為國(guó)內(nèi)制造業(yè)提供了重要的技術(shù)支持。通過優(yōu)化原絲制備工藝、精密控制碳化過程，科研人員成功開發(fā)出了具有優(yōu)異性能的國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)中模碳纖維。其強(qiáng)度高、模量適中，且具有很好的尺寸穩(wěn)定性。這一成果標(biāo)志著我國(guó)在碳纖維生產(chǎn)技術(shù)方面取得了重大突破。在復(fù)合材料研究領(lǐng)域，科研人員以國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)中模碳纖維為增強(qiáng)相，致力于開發(fā)高韌性樹脂基復(fù)合材料。通過選用合適的樹脂基體、精心設(shè)計(jì)復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)，科研人員成功研制出了具有優(yōu)良綜合性能的高韌性樹脂基復(fù)合材料。這種復(fù)合材料不僅具有高的強(qiáng)度和剛度，還具有良好的韌性和耐沖擊性。這種優(yōu)異的性能使得它在航空航天、汽車制造、體育器材等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然我們?cè)趪?guó)產(chǎn)高強(qiáng)中模碳纖維及其增強(qiáng)高韌性樹脂基復(fù)合材料的研究方面取得了顯著的進(jìn)展，但仍然面臨許多挑戰(zhàn)。如何進(jìn)一步提高碳纖維的生產(chǎn)效率、降低成本，以便更好地滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求；如何優(yōu)化復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)性能的進(jìn)一步提升；如何推動(dòng)碳纖維復(fù)合材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，都是我們需要面對(duì)和解決的問題。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們需要在科研、生產(chǎn)、應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)上加大投入，加強(qiáng)跨學(xué)科的合作與交流，以實(shí)現(xiàn)碳纖維及其復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用的無縫對(duì)接。我們也需要培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，以應(yīng)對(duì)未來發(fā)展的挑戰(zhàn)。總結(jié)來說，國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)中模碳纖維及其增強(qiáng)高韌性樹脂基復(fù)合材料的研究進(jìn)展標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但我們也應(yīng)看到自身的不足和未來的挑戰(zhàn)。只有不斷探索、不斷創(chuàng)新，我們才能在材料科學(xué)的道路上走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)。高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，又稱為UHMWPE纖維，是一種具有優(yōu)異力學(xué)性能的新型合成纖維。其高強(qiáng)度、高模量和低密度的特性，使得它在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景，如防彈衣、安全防護(hù)、航空航天、體育器材等。本文將對(duì)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的成形機(jī)理與工藝進(jìn)行深入的研究和分析。聚合：通過聚合反應(yīng)將小分子轉(zhuǎn)化為大分子聚合物，形成具有所需性能的聚乙烯樹脂。熔融紡絲：將聚乙烯樹脂加熱至熔融狀態(tài)，通過紡絲機(jī)將其擠壓成纖維。拉伸結(jié)晶：在紡絲過程中，對(duì)纖維進(jìn)行拉伸和結(jié)晶處理，以提高纖維的強(qiáng)度和模量。在生產(chǎn)高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的過程中，工藝參數(shù)的選擇和控制對(duì)纖維的性能有著至關(guān)重要的影響。以下是對(duì)主要工藝參數(shù)的研究：聚合溫度和時(shí)間：聚合溫度和時(shí)間決定了聚乙烯樹脂的分子量和分布，從而影響纖維的性能。適當(dāng)?shù)木酆蠝囟群蜁r(shí)間可以提高樹脂的分子量和均勻性，從而提高纖維的性能。紡絲溫度和壓力：紡絲溫度和壓力對(duì)纖維的成形過程有著重要影響。在高溫和高壓力下，聚乙烯樹脂的流動(dòng)性增加，有利于紡絲。但溫度過高會(huì)導(dǎo)致樹脂降解，影響纖維性能。拉伸倍率和結(jié)晶溫度：拉伸倍率決定了纖維的取向和結(jié)晶度，結(jié)晶溫度則影響著晶體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。合適的拉伸倍率和結(jié)晶溫度可以提高纖維的強(qiáng)度和模量。熱處理溫度和時(shí)間：熱處理溫度和時(shí)間對(duì)纖維的穩(wěn)定性和性能持久性有著重要影響。在適當(dāng)?shù)臒崽幚項(xiàng)l件下，可以鞏固纖維的結(jié)構(gòu)，提高其穩(wěn)定性。高強(qiáng)高模聚乙烯纖維作為一種具有優(yōu)異性能的新型合成纖維，其成形機(jī)理與工藝研究具有重要的意義。通過對(duì)成形機(jī)理和工藝參數(shù)的深入研究和分析，可以進(jìn)一步提高纖維的性能，滿足不同領(lǐng)域的需求。未來，隨著科技的不斷發(fā)展，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的應(yīng)用前景將更加廣闊。碳纖維，指的是含碳量在90%以上的高強(qiáng)度高模量纖維。耐高溫居所有化纖之首。用腈綸和粘膠纖維做原料，經(jīng)高溫氧化碳化而成。是制造航天航空等高技術(shù)器材的優(yōu)良材料。碳纖維主要由碳元素組成，具有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強(qiáng)度和模量。碳纖維的密度小，因此比強(qiáng)度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強(qiáng)材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進(jìn)復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。碳纖維直徑只有5微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的十到十二分之一，強(qiáng)度卻在鋁合金4倍以上。1879年愛迪生曾用纖維素纖維，如竹、亞麻或棉紗為原料，首先制得碳纖維并獲得專利，但當(dāng)時(shí)制得的纖維力學(xué)性能很低，工藝也不能工業(yè)化，未能獲得發(fā)展。20世紀(jì)50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技術(shù)的發(fā)展，迫切需要比強(qiáng)度、比模量高和耐高溫的新型材料，另外，采用前驅(qū)纖維為原料經(jīng)熱處理的工藝可制得碳纖維連續(xù)長(zhǎng)絲，這一工藝奠定了碳纖維工業(yè)化的基礎(chǔ)。40多年來，碳纖維經(jīng)歷的重大技術(shù)進(jìn)展如下：20世紀(jì)50年代初，美國(guó)Wright-Patterson空軍基地以黏膠纖維為原料，試制碳纖維成功，產(chǎn)品作火箭噴管和鼻錐的燒蝕材料，效果很好。1956年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司試制高模量黏膠基碳纖維成功，商品名“Thornel—25”投放市場(chǎng)，同時(shí)開發(fā)了應(yīng)力石墨化的技術(shù)，提高碳纖維的強(qiáng)度與模量。20世紀(jì)60年代初，日本進(jìn)藤昭男發(fā)明了以聚丙烯腈（PAN）纖維為原料制取碳纖維的方法，并取得了專利。1963年日本碳公司及東海電極公司用進(jìn)藤的專利開發(fā)聚丙烯腈基碳纖維。1965年日本碳公司工業(yè)化生產(chǎn)普通型聚丙烯腈基碳纖維成功。1964年英國(guó)皇家航空研究中心（RAE）通過在預(yù)氧化時(shí)加張力試制出高性能聚丙烯腈基碳纖維。由Courtaulds公司，Hercules公司和Rolls—Royce公司采用RAE的技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。1965年日本大谷杉郎首先制成了聚氯乙烯瀝青基碳纖維，并發(fā)表了先驅(qū)性的瀝青基碳纖維的研究報(bào)告。1969年日本碳公司開發(fā)高性能聚丙烯腈基碳纖維獲得成功。1970年日本東麗（TorayTextileInc.）公司依靠先進(jìn)的聚丙烯腈原絲技術(shù)，并與美國(guó)聯(lián)合碳化物公司交換碳化技術(shù)，開發(fā)高性能聚丙烯腈基碳纖維。1971年東麗公司將高性能聚丙烯腈基碳纖維產(chǎn)品（Torayca）投放市場(chǎng)。隨后產(chǎn)品的性能、品種、產(chǎn)量不斷發(fā)展，至今仍處于世界領(lǐng)先地位。此后，日本東邦、旭化成、三菱人造絲及住友公司等相繼投入聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)行列。（見聚丙烯腈基碳纖維）1970年日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司采用大谷杉郎的專利，首先建成年產(chǎn)120t普通型（GPCF）瀝青基碳纖維的生產(chǎn)廠，1978年產(chǎn)量增到240t。該產(chǎn)品被用作水泥增強(qiáng)材料后，發(fā)現(xiàn)效果很好，1984年產(chǎn)量增至400t，1986年再次增加到900t。1976年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司生產(chǎn)高性能中間相瀝青基碳纖維（HPCF）成功，年產(chǎn)量為113t，1982年增至230t，1985年增至311t。1982年起，日本東麗、東邦、日本碳公司、美國(guó)Hercules、Celanese公司、英國(guó)Courtaulds公司等，先后生產(chǎn)出高強(qiáng)、超高強(qiáng)、高模量、超高模量、高強(qiáng)中模以及高強(qiáng)高模等類型高性能產(chǎn)品，碳纖維拉伸強(qiáng)度從5GPa提高到5GPa，小規(guī)模產(chǎn)品達(dá)0GPa。模量從230GPa提高到600GPa，這是碳纖維工藝技術(shù)的重大突破，使應(yīng)用開發(fā)進(jìn)入一個(gè)新的高水平階段。1981年起瀝青科學(xué)取得重大進(jìn)展，開發(fā)出幾種調(diào)制中間相瀝青的新工藝，如日本九州工業(yè)試驗(yàn)所的預(yù)中間相法，美國(guó)EON公司的新中間相法，日本群馬大學(xué)開發(fā)的潛在中間相法，促進(jìn)了高性能瀝青基碳纖維的開發(fā)。隨后日本三菱化成化學(xué)公司、大阪煤氣公司、新日鐵公司陸續(xù)建成一批不同規(guī)格的高性能碳纖維生產(chǎn)廠。其特點(diǎn)是模量增高的同時(shí)也增高強(qiáng)度。20世紀(jì)80年代是瀝青基碳纖維的興旺發(fā)展時(shí)期。黏膠基碳纖維自20世紀(jì)60年代中期以后沒有發(fā)展，僅生產(chǎn)少量產(chǎn)品供軍工及特種部門使用。現(xiàn)代碳纖維工業(yè)化的路線是前驅(qū)纖維炭化工藝法，所用3種原料纖維的組成、碳含量等見表。制造碳纖維用的原纖維名稱化學(xué)組分碳含量/%碳纖維收率/%黏膠纖維(C6H10O5)n4521～35聚丙烯腈纖維(C3H3N)n6840～55瀝青纖維C，H9580～90采用這3種原纖維制造炭纖維的流程都包括：穩(wěn)定化處理（在200～400℃空氣，或用耐燃試劑等化學(xué)處理），碳化（400～1400℃，氮?dú)猓┖褪?800℃以上，氬氣氣氛下）。為了提高炭纖維與復(fù)合材料基質(zhì)的粘接性能需進(jìn)行表面處理、上漿、干燥等工序。另一種制造碳纖維的方法是氣相生長(zhǎng)法。將甲烷與氫的混合氣體在催化劑的存在下，于1000℃高溫下反應(yīng)，可制得不連續(xù)的短切碳纖維，最大長(zhǎng)度可達(dá)50cm。其結(jié)構(gòu)不同于聚丙烯腈基或?yàn)r青基碳纖維，易石墨化，力學(xué)性能良好，導(dǎo)電性高，易形成層間化合物。（見氣相生長(zhǎng)炭纖維）現(xiàn)在碳纖維的主要產(chǎn)品有聚丙烯腈基，瀝青基及黏膠基3大類，每一類產(chǎn)品又因原纖維種類、工藝及最終碳纖維性能等不同，又分成許多品種。“碳纖維”一詞實(shí)際上是多種碳纖維的總稱，因此分類及命名就十分重要。20世紀(jì)70年代末期，國(guó)際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）曾對(duì)炭纖維的分類和命名作了規(guī)定。首先用PAN（聚丙烯腈），MP（中間相瀝青）及VS（黏膠）表示碳纖維的類別，再以小寫英文字母表示熱處理溫度如lht（表示熱處理溫度，低于1400℃），hht（熱處理溫度在2000℃以上），然后再加上表示性能的符號(hào)（如HT表示高強(qiáng)、HM高模、SHT超高強(qiáng)、HTHS高強(qiáng)高應(yīng)變、IM中模及UHM超高模等）。同時(shí)指出，聚丙烯腈基，黏膠基及普通型瀝青基碳纖維均屬難石墨化的聚合物炭，而中間相瀝青基炭纖維及氣相生長(zhǎng)的碳纖維是易石墨化碳。在第三次國(guó)際碳纖維會(huì)議上（1985年，倫敦），曾建議按力學(xué)性能將碳纖維分成下列5級(jí)。這兩種分級(jí)法都有不足之處?，F(xiàn)在高性能碳纖維產(chǎn)品分類由制造商自行標(biāo)明：原纖維種類、單絲孔數(shù)、直徑、排列方式（如平行、纏結(jié)、加捻等），有無表面處理（及其種類），有無上漿（及漿劑種類）等。一些重要的高性能商品名稱及性能，可見聚丙烯腈基炭纖維和瀝青基炭纖維。20世紀(jì)90年代初，高性能及超高性能炭纖維已問世，預(yù)料今后工作將致力于完善工藝、擴(kuò)大生產(chǎn)、降低成本和開發(fā)應(yīng)用。一些特種碳纖維，如抗氧化碳纖維（以提高復(fù)合材料的使用溫度）、低纖度碳纖維（做035mm超薄型預(yù)浸帶用）、高導(dǎo)熱低電阻碳纖維（以滿足屏蔽電磁、射頻干擾用，并可散發(fā)多余的熱能）、低熱膨脹系數(shù)碳纖維（供衛(wèi)星天線系統(tǒng)、反射鏡等用），中空碳纖維（用于飛機(jī)制造工業(yè)，提高復(fù)合材料的沖擊韌性，核反應(yīng)堆中的高溫過濾介質(zhì)，分離生物分子血清和血漿用的介質(zhì)）和活性碳纖維，隨著