聚丙烯腈（PAN）碳纤维和石墨纤维是将PAN原料经预氧化、碳化和石墨化等工艺制备而成，其中含碳量在99%以上者为石墨纤维。PAN 的结构形态为纤维的截面，呈圆形，纤维直径为25～100nm，每根纤维由众多约5nm的石墨微晶组成，而微晶的基面沿着纤维中心轴呈现非常有规则的排列。

    将聚丙烯腈原丝经预氧化、碳化、石墨化等阶段制得高强度、高模量纤维。石墨化的温度不高，在1000℃～1500℃制得的称碳纤维，在3000℃下制得的称石墨纤维，但常常也将两者统称为碳纤维，其生产流程如下：丙烯腈聚合→纺丝→聚丙烯腈原丝→在200℃～300℃下预氧化→在1000℃～1500℃下碳化→碳纤维→在2800℃下石墨化→石墨纤维。

    碳纤维是纤维状的碳素材料，所以具有碳素材料的特性，如密度小、导热性、导电性、自润滑性等。此外碳纤维是纤维材料中比模量最高的纤维，拉伸强度与玻璃纤维相近，弹性模量是玻璃纤维的4～5倍。

    聚丙烯腈基碳纤维与石墨纤维的性能有以下几点。⑴机械性能：由于原丝制备方法不同，碳纤维的力学性能也不同，国产碳纤维的性能如表6-97和表6-98所示。

    ⑵电学性能：碳纤维和石墨纤维具有较好的导电性能，电阻率为10^-4～10^-2Ω？cm。⑶热性能：碳纤维和石墨纤维的线膨胀系数小，在纤维轴方向，高模型是1×10^-6K^-1，高强型为-0.5×10^-6K^-1；在横向约为16.8×10^-6K^-1。纤维在300℃非氧化气氛的高温下不熔化，不软化。此外，碳纤维的热导率高，在纤维轴方向的热导率是83.7～125.6W/（m?K），纤维的横方向热导率低为O.84W/（m?K），并随着温度上升而下降，在1500℃时的热导率为常温时的15%～30%。⑷化学性能：碳纤维和石墨纤维能被强氧化剂氧化。但耐酸、碱性很好，如将纤维置于酸液中200d后，测其弹性模量、纤维直径和拉伸强度时，发现在质量分数为50%盐酸、硫酸和磷酸中无明显变化；在质量分数为50%硝酸中略有膨胀；在次氯酸溶液中仅仅直径减小。此外，还能耐油、苯、丙酮等介质。

    ⑸摩擦和磨损性能：碳纤维和石墨纤维具有自润滑性，它的摩擦系数小，耐磨性能好。在铜中混入25%（质量分数）碳纤维可以使磨损率降低到1%，加在塑料制品中，磨损率可降低到1%。，摩擦系数也降低至0.2～0.3。

    此外，它还具有防原子辐射、吸收气体和使中子减速等特性。

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责任编辑：庞雪洁

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