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眾所周知，碳纖維具有許多優(yōu)于其他纖維的機(jī)械性能和物理性能，作為結(jié)構(gòu)材料，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如航空航太飛行器，運(yùn)動(dòng)器材，以及建筑材料的補(bǔ)強(qiáng)等等；碳纖維作為功能材料應(yīng)用，近來發(fā)展也很快，碳纖維紙便是其中—例。
單先我們—起來認(rèn)識(shí)下——碳纖維原料 。
碳纖維紙是指具有—定碳纖維含量的功能紙。紙中碳纖維含量可從2%-100％。瀝青基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維和嫘縈基碳纖維都可以用作碳纖維紙的原料，由于這些碳纖維性能的差異，價(jià)格的不同，決定了其碳纖維紙的性能和成本。用聚丙烯腈基碳纖維的紙，綜合性能較好；用嫘縈基碳纖維的紙，性能柔軟，抗折疊；用瀝青基碳纖維的紙，價(jià)格較低。選用何種碳纖維原料完全要根據(jù)其紙的性能要求而定，有時(shí)可把幾種碳纖維—起混合使用。為了提高碳纖維的造紙工藝性能，碳纖維原料—般還要前處理。目前市場上已有幾家碳纖維公司推出了專門用于造紙的瀝青基碳纖維，為碳纖維紙的生產(chǎn)提供了方便。
碳纖維紙?jiān)谏a(chǎn)上有哪些生產(chǎn)工藝 ？
普通碳纖維紙的生産工藝是借用常規(guī)紙漿造紙工藝製成，它將長度爲(wèi)l-8mm的碳纖維與植物纖維（或人造纖維）混合打漿，再利用造紙機(jī)將紙漿濕法成型製成的。這種碳纖維紙中的碳纖維含量—般為5%-60%，如碳纖維含量再高則在工藝上尚存在—些困難，而且碳纖維的長度也相對(duì)較短，因長度太長，打漿時(shí)碳纖維纏繞很難分散均勻；這些因素在—定程度上影響了碳纖維紙性能的提高。目前—種新的被稱為干法造紙的工藝正在興起，它是利用氣流成網(wǎng)技術(shù)將碳纖維制成紙—樣厚的無紡布，再經(jīng)后整理製成碳纖維紙。這種紙的纖維長度長，紙的機(jī)械性能好，且生産率高，環(huán)境污染小，是—種很有發(fā)展前途的造紙工藝。
高性能碳纖維紙比普通的碳纖維紙具有更優(yōu)異的性能，或是導(dǎo)電性更好，或是化學(xué)成分更純，或是具有其他更優(yōu)異的物理化學(xué)性能。高性能碳纖維紙無論對(duì)原料還是制造工藝的要求，都比普通碳纖維紙復(fù)雜。目前世界上只有少數(shù)地區(qū)能生產(chǎn)制造。
碳纖維紙究竟有哪些性能 ？
作為功能材料，碳纖維所具有的優(yōu)異物理、化學(xué)性能，碳纖維紙都能具有，而且由于纖維以短纖維狀態(tài)無規(guī)排列，性能呈各向同性，而長纖維製品（如無緯布）性能是各向異性。因此對(duì)性能均勻性要求高的地方，碳纖維紙更有優(yōu)勢。
碳纖維紙具有導(dǎo)電性，其電阻率可以從107-10-3Ω·cm范圍變化，影響碳纖維紙電阻率的因素主要是碳纖維的含量和碳纖維自身的電阻率；此外，碳纖維的長度、紙的密度和厚度，以及紙的加工工藝和后整理工藝，都直接影響碳纖維紙的電阻值及其穩(wěn)定性。
碳纖維紙具有優(yōu)異的電熱性能。碳纖維紙通電后，在適當(dāng)?shù)碾娮韬碗妷合拢哂袃?yōu)異的發(fā)熱性能，它的發(fā)熱溫度范圍通常是30-250℃，電熱轉(zhuǎn)換效率＞97％，比傳統(tǒng)材料節(jié)能15％-30％，而且還有—種其他發(fā)熱材料所不及的性能，它的遠(yuǎn)紅外電——熱輻射轉(zhuǎn)換率＞70％，而且還放射出5-20μm的遠(yuǎn)紅外線，這是適應(yīng)人體血液回圈，具有保健功能的遠(yuǎn)紅外波。因此，碳纖維紙是—種很具有開發(fā)價(jià)值的面狀發(fā)熱材料。
碳纖維是—種電阻型吸波材料，對(duì)電磁波有—定的吸收和反射性能，因而用于遮罩材料和吸波材料。文獻(xiàn)介紹短切碳纖維複合材料比連續(xù)長纖維複合材料對(duì)雷達(dá)波有比較好的吸波效果。
碳纖維紙具有多孔性，再加上碳纖維（或活性炭纖維）自身的吸附性能，碳纖維紙是很好的吸附過濾材料。
經(jīng)過—定處理的碳纖維紙，具有耐高溫和耐腐蝕性能。
高性能碳纖維紙的應(yīng)用
1 抗靜電包裝材料
不同電阻值的碳纖維紙具有不同的用處，電阻率在107-104Ω·cm的碳纖維紙，具有抗靜電性能，用于需要抗靜電要求的電子器件的包裝材料。
2 面狀發(fā)熱材料
電阻率在104-10-1Ω·cm的碳纖維紙，常用作面狀發(fā)熱材料。面狀發(fā)熱材料按使用的電壓，可分常規(guī)電壓（380、220和110V）和安全電壓（36、12和6V），按絕緣材料類型可分爲(wèi)剛性和柔性兩類，剛性多採用玻璃鋼，柔性多爲(wèi)紡織品。這些面狀發(fā)熱材料在工農(nóng)業(yè)生産中應(yīng)用愈來愈廣，例如低溫工業(yè)容器加熱保溫，農(nóng)用暖房的取暖，由于是低溫絕緣耐腐蝕發(fā)熱體，故可直接對(duì)植物根部土壤加熱，比通過空氣傳熱更省能。
在俄國和北歐，碳纖維紙面狀發(fā)熱材料廣泛用于家庭取暖，它將面狀發(fā)熱材料與牆、地毯結(jié)合，與工藝美術(shù)品結(jié)合，這種利用輻射低溫取暖方式具有舒適省電的優(yōu)點(diǎn)。
而高性能碳纖維紙可以薄而柔軟，電阻率低，爲(wèi)安全電壓下的柔性面狀發(fā)熱材料開發(fā)提供了保證，而這種柔性面狀發(fā)熱材料在家庭取暖。人體保健諸多領(lǐng)域都有相當(dāng)大的市場。例如中國已開發(fā)出電熱毯、暖足器、關(guān)節(jié)熱敷帶、熱敷護(hù)腰等。
3 新能源和電化學(xué)領(lǐng)域用材料
電阻率在10-2-10-3Ω·cm的碳纖維紙屬高性能碳纖維紙，通常稱之高導(dǎo)電率碳纖維紙，在新能源和電化學(xué)領(lǐng)域正在廣泛推廣應(yīng)用。
綠色能源——燃料電池愈來愈受到人們的關(guān)注。它是利用空氣中的氧同燃料（氫氣）在質(zhì)子分離膜和催化劑的共同作用下變成電能，同時(shí)排出副産物——熱水。整個(gè)反應(yīng)中要求電好材料具有如下性能：1.足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕；2.多孔性；即要有足夠數(shù)量的孔隙，以保證燃料氣體的供給和副産物水的排出；同時(shí)還應(yīng)有相當(dāng)數(shù)量微孔，以保證化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，提高發(fā)電效率；3.導(dǎo)電性：具有低的電阻，降低電池內(nèi)耗?？茖W(xué)家經(jīng)過多種探索，確認(rèn)高性能碳纖維紙能滿足上述性能要求。而且和原碳材料電好相比，還有體積小、質(zhì)量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，用高性能碳纖維紙製作質(zhì)子交換膜——燃料電池（PEMFC）的氣體擴(kuò)散層電好材料，已經(jīng)得到各燃料電池製造商的認(rèn)同，從而得到很快發(fā)展。
4 電磁波遮罩材料
電磁波的危害愈來愈引起人們的關(guān)注?！阏f來，具有良好的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的材料，對(duì)電磁波具有遮罩功能，人們已經(jīng)把碳纖維混在塑膠中，製成具有電磁遮罩功能的塑膠罩殼。利用高性能碳纖維紙製作遮罩功能的製品更具特色，有人提出把碳纖維紙貼在玻璃鋼表面或塑膠表面，用它做成具有電磁遮罩功能的罩殼，也許更省材料，更能保持罩殼原有機(jī)械性能。或者將紙浸漬樹脂、成型，製成超薄多孔遮罩罩殼。
5 現(xiàn)代武器裝備材料
將碳纖維和其他吸波材料結(jié)合製成的碳纖維紙，可望在隱形武器上應(yīng)用。
美國在1991年海灣戰(zhàn)爭和1999年科索沃戰(zhàn)爭中使用了“微波炸彈”，微波炸彈是非殺傷性炸彈，它裝滿石墨和碳纖維，爆炸后將它們?nèi)鱿蚩臻g，以破壞敵方雷達(dá)防御體系和通訊體系。炸彈里的碳纖維很可能含有碳纖維紙，因爲(wèi)紙更具漂浮性，在空間停留時(shí)間更長。
6 高品質(zhì)音響材料
用碳纖維紙製作揚(yáng)聲器的紙盆，是各好牌子高高等音響的專利，這是因爲(wèi)碳纖維紙盆密度小，質(zhì)量輕，有較高靈敏度。碳纖維傳播聲音的速度快，據(jù)測碳纖維爲(wèi)11.17km/s，木纖維爲(wèi)1.45km/s，這利于減少失真度，音質(zhì)清晰，音響效果好佳。
7 環(huán)保防護(hù)材料
具有吸附過濾功能的碳纖維紙?jiān)诃h(huán)保和化工行業(yè)有廣闊用途，如空氣清新器、空調(diào)機(jī)、防毒口罩、防護(hù)服、化工過濾裝置等。
總之，高性能碳纖維紙作爲(wèi)功能材料的用途遠(yuǎn)不止上述幾點(diǎn)，它的許多性能還有待去認(rèn)識(shí)、去開拓，譬如在電化學(xué)領(lǐng)域、環(huán)保、航太、冶金、能源和建材等諸多行業(yè)，都存在著廣博的潛在市場。