碳纤维的特性及其在产业用纺织品中的应用(1)

2011年第40卷第3期

轻纺工业与技术碳纤维的特性及其在产业用纺织品中的应用

孙立征

（天津工业大学纺织学院，天津300160）

【摘要】介绍了碳纤维的分类、特性以及在产业用纺织品上的应用。【关键词】碳纤维；产业用纺织品；应用；特性中图分类号：TS172

文献标识码：B

文章编号：2095-0101（2011）03-0054-02

收稿日期：2011-05-06作者简介：孙立征（1987-），男，天津工业大学纺织学院在读本科生。

0引言

当今社会，产业用纺织品的应用越来越普遍。尤其

是在近几年，科技的飞速发展，产业用纺织品也随之受到了人们的广泛关注。20世纪90年代中期以后，碳纤维的应用得到了快速发展，甚至出现了碳纤维供不应求、市场短缺的情况。在产业用纺织品当中，使用较早的纤维材料是天然纤维，之后发展到以合成纤维为主。近年来，产业用纺织品应用领域的不断拓展，各种高新技术纤维也在不断地开发使用，其中主要的一种就是碳纤维。

碳纤维是力学性能优良的复合增强基材，其应用领域非常广泛。碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维。除此以外，碳纤维还具有很多优点，诸如低密度、耐腐蚀耐高温、耐摩擦、抗疲劳、电及热导性高、震动衰减性高、热膨胀系数低、X 光穿透性高等。碳纤维不是磁体，但却拥有电磁屏蔽性等。碳纤维一般都作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、纺织品等材

料中，构成复合材料。

如此看出，碳纤维在产业用纺织品中的应用前景是十分广阔的。

1碳纤维的分类

碳纤维是由有机纤维经固相反应转变而成的纤维

状聚合物，它不属于有机纤维，而属于非金属材料。它与普通无机纤维有着很大的区别。碳纤维复合材料有质地强并且很轻、耐腐蚀、耐高温、耐辐射等优点，在纺织、体育器材等诸多方面有着很大的用途。到目前为止，碳纤维主要有三种分类方法。具体方法如下：

第一种，根据制造原料异同分类，可以将碳纤维分为纤维素纤维系、聚丙烯腈系和沥青系；

第二种，根据碳纤维的特性分类，可分为高强度高弹性碳纤维和普通碳纤维；

第三种，根据热处理温度分类，可将其分为滞焰纤维、石墨性碳纤维和碳纤维。

2碳纤维的特性

碳纤维的化学性能和生活中用的碳大同小异，在室温下呈惰性，除了强氧化剂能将其氧化之外，一般的酸碱对碳纤维不会起到任何作用。碳纤维的主要特性有为以下几个方面。2.1高强度

碳纤维的强度高，其抗拉强度可达3000-4000MPa ，比钢大4倍多；比铝高6~7倍。2.2高弹性模量

碳纤维的弹性模量高，有的碳纤维弹性模量高达3.5×105MPa 。

2.3密度小和比强度高

碳纤维的质量是钢的1/4，是铝合金的1/2，比强度比钢大16倍，比铝合金大12倍。2.4耐超高温

碳纤维可在2000℃使用，在3000℃非氧化气氛的高温下不融化，不软化。2.5耐低温性能好

在-180℃低温下，钢铁变得比玻璃还脆，而碳纤维依旧很柔软。2.6耐酸性能好

碳纤维能耐浓盐酸、磷酸、硫酸、苯、丙酮等介质侵蚀。将碳纤维放在浓度为50%的盐酸、硫酸和磷酸中，200d 后其弹性模量、强度和直径基本没有变化；在50%浓度的硝酸中只是稍有膨胀，其耐腐蚀性能超过黄金和铂金。

54

2011年第40卷第3期轻纺工业与技术（上接第50页）

研究院江南分院成功开发了纳米银系抗菌母粒系列产品，解决了银系抗菌剂在聚酯纺丝过程中的降解和着色问题，纤维具有长效抑菌性并且抑菌性能优异。同时还开发了抑菌尼龙母粒、抑菌丙纶母粒，经过纺丝实验，可纺性良好。

3.4远红外纳米纤维及纺织品

将具有较高远红外发射率的陶瓷微粉加入到高分子聚合物中，经纺丝加工制成远红外纳米纤维。东华大学研制了含纳米填料的远红外线发射纤维，利用纤维发射远红外线和蓄热功能制造保暖服装、保健服装，可增加人体血液循环，起到防病、保健等功效。

3.5其他产品

由纳米材料制成的纺织品还包括抗静电织物、抗日晒耐老化织物、隐身纺织品、阻燃织物等。通过添加碳纳米管可赋予织物良好导电性、抗静电、耐磨性、吸波性等；Cr

2

O3、ZnO、Fe2O3、TiO2等纳米材料也可赋予织物抗静电的特性；铁镍合金等纳米磁性材料、碳纳米管等可增强织物吸波性能，实现军事上隐身的功效。

4结语

纳米材料正在不断开发和广泛应用，其使用的安全性也是值得关注的。但是，这不会阻碍纳米技术的继续研究和发展。相信通过纳米技术的更广泛的应用及更完善的开发，纳米技术一定能够在现实生活中，造福于人们。

参考文献

[1]李建民，马明亮，刘杰等.纺织行业中的主要材料及其应用[J].工会博览，2008，（6）：36-37.

[2]刘艳杰，郭强志.纳米材料的广泛应用[J].魅力中国，2009，（3）：78-79.

[3]谢丽丽，付铁民.纳米材料的使用范围及其应用[J].魅力中国，2009，（11）：39-40.

2.7热膨胀系数小和导热系数大

碳纤维可以耐急冷急热，即使从3000℃的高温突然降到室温也不会炸裂。

2.8耐冲击性差

碳纤维的轴向剪切模量低，断裂伸长小，这使其耐冲击性差，并且后加工较为困难。

3碳纤维在产业用纺织品上的应用

碳纤维自20世纪70年代成功开发到现在，经过了将近40年的发展，在纤维性能方面得到了很大的提高。由于产业用纺织品采用了碳纤维的特殊性能、特殊的加工方法和特殊的整理方法等，使得产业用纺织品拥有了许多高强的性能及功能，如高强度、低延伸、高模量、防腐蚀、耐高温、抗静电等，许多还用在过滤、阻燃、抗菌保健等方面，成为了交通运输、石油、电子、汽车、农业、化学、水利、城乡建设和国防军工等国民经济相关行业的重要材料。4结语

产业用纺织品的技术含量高低以及它的开发和应用是衡量一个国家现代化程度的标志之一。我国的国民经济的高速发展需要更多优质和高性能的产业用纺织品，碳纤维无疑在其中扮演着一个不可替代的重要角色。

参考文献

[1]黄艳玲，周杰.现代纺织复合材料[J].工会博览，2009，（6）：45-46.

[2]马昌明，杨丽霞，刘立军等.碳纤维与纺织品[J].魅力中国，2008，（1）：78-79.

[3]邢艳婷，谢莉巧.加速我国产业用纺织品发展[J].才智，2009，（3）：23-25.

[4]廖丽萍，张仪.化纤与非织造布工业分析[J].群问天地，2007，（9）：80-81.

55