碳纤(Carbon Fiber)是由经环氧
涂层处理和
石墨压织的碳化纤维制成的。其优点是重量轻,
抗张强度高,在所有密度低的人造合成
手柄材料中,碳纤可能是最坚固的。碳纤也是一种高度加工的材料,因此一般也被用在高端产品上。
碳纤维主要是由碳
元素组成的一种
特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般
碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的
各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维
轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的
比强度。
经高温处理后,其含碳量超过90%以上之
纤维材料,称之为
碳纤维。碳纤维之种类分类有许多方法,可依原料、特性、处理温度与形状来分类。若依原料可分为
纤维素纤维系之
嫘萦(Rayon)系与木质(Lignin)系;
聚丙烯腈(Polyacrylonitrile)系;沥青(Pitch)系;酚树脂系与气相碳纤系等六种。若依特性则分为普通碳纤维;高强度高模数碳纤维与
活性碳纤维等三种。普通碳纤维之强力在120㎏/㎜2以下,
杨氏模数(Young掇 Modulus)在10000㎏/㎜2以下者称之;高强度高模数者,则强力在150㎏/㎜2以上,模数在17000㎏/㎜2以上时称之。
若依加工处理温度分类时,则可分为耐炎质;碳素质与石墨质等三种。耐炎质碳纤之处理加热温度为200~350℃,可供作电气
绝缘体;碳素质碳纤之处理加热温度为500~1500℃,可供电气
传导性材料用;石墨质碳纤之处理加热温度在2000℃以上,除
耐热性与电气传导性提高外,亦具自我
润滑性。
嫘萦纤维素纤维
加热处理时不会熔融,若在无氧状态下的不活性气体(Inert Gas)中加热处理,则极易取得碳纤维。
原油经900℃以上之高温提炼后的残渣中,约含有95wt%之碳质,若以
电解法去除其中之硫酸,再经水洗后可得纯度极佳之沥青(Pitch)。
气相成长碳纤维有基材上成长法与流体化
触媒成长法两种。将铁、钴、镍等金属微粒(M)加热至1100℃,令
乙炔(C2
H2)
热分解脱氢形成碳素沈积成长于金属微粒下方,形成碳纤维。为基材上成长法之简图,可知其间须喂入氢(H2)气与
苯(C6H6)等气体。
商业化之
活性碳的形态有粉末状;
颗粒状与纤维状等三种,其中粉末状活性碳(Powdered Activated Carbon,简称
PAC),大多由木屑制成,平均尺寸约为15~25μm;颗粒状活性碳(Granular Activated Carbon,简称
GAC),大致由煤、沥青粉末制成,平均尺寸约为4~6㎜;纤维状活性碳(Activated Carbon Fiber,简称
ACF),则大多由PAN、Rayon、Pitch与Phenolic Resin等纤维制成,平均直径约为7~15μm。