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碳纤维工艺你了解多少?

变宝网10月14日讯

碳纤维工艺是现代碳纤维工业化的路线是前驱纤维炭化工艺法,所用3种原料纤维的组成、碳含等。含碳在90%以上的高强度高模纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料,经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料。下面小编带大家了解下碳纤维工艺。

制造碳纤维用的原纤维名称化学组分碳含/%碳纤维收率/%黏胶纤维(C6H10O5)n4521~35聚丙烯腈纤维(C3H3N)n6840~55沥青纤维C,H9580~90

采用这3种原纤维制造炭纤维的流程都包括:稳定化处理(在200~400℃空气,或用耐燃试剂等化学处理),碳化(400~1400℃,氮气)和石墨化(1800℃以上,氩气气氛下)。为了提高炭纤维与复合材料基质的粘接性能需进行表面处理、上浆、干燥等工序。

另一种制造碳纤维的方法是气相生长法。将甲烷与氢的混合气体在催化剂的存在下,于1000℃高温下反应,可制得不连续的短切碳纤维,最大长度可达50cm。其结构不同于聚丙烯腈基或沥青基碳纤维,易石墨化,力学性能良好,导电性高,易形成层间化合物。(见气相生长炭纤维)

碳纤维工艺你了解多少?

分类及命名

现在碳纤维的主要产品有聚丙烯腈基,沥青基及黏胶基3大类,每一类产品又因原纤维种类、工艺及最终碳纤维性能等不同,又分成许多品种。“碳纤维”一词实际上是多种碳纤维的总称,因此分类及命名就十分重要。

20世纪70代末期,国际理论与应用化学联合会(IUPAC)曾对炭纤维的分类和命名作了规定。首先用PAN(聚丙烯腈),MP(中间相沥青)及VS(黏胶)表示碳纤维的类别,再以小写英文字母表示热处理温度如lht(表示热处理温度,低于1400℃),hht(热处理温度在2000℃以上),然后再加上表示性能的符号(如HT表示高强、HM高模、SHT超高强、HTHS高强高应变、IM中模及UHM超高模等)。同时指出,聚丙烯腈基,黏胶基及普通型沥青基碳纤维均属难石墨化的聚合物炭,而中间相沥青基炭纤维及气相生长的碳纤维是易石墨化碳。

在第三次国际碳纤维会议上(1985,伦敦)。曾建议按力学性能将碳纤维分成下列5级。

超高模级(UHM): 模在395GPa以上;

高模级(HM): 模在310~395GPa间;

中模级(IM): 模在255~310GPa间;

超高强度级(UHT): 强度在3.5GPa以上

在255GPa以下;

高强度级(HT): 强度达3.5GPa。

这两种分级法都有不足之处。现在高性能碳纤维产品分类由制造商自行标明:原纤维种类、单丝孔数、直径、排列方式(如平行、缠结、加捻等),有无表面处理(及其种类),有无上浆(及浆剂种类)等。一些重要的高性能商品名称及性能,可见聚丙烯腈基炭纤维和沥青基炭纤维。

发展展望

20世纪90代初,高性能及超高性能炭纤维已问世,预料今后工作将致力于完善工艺、扩大生产、降低成本和开发应用。一些特种碳纤维,如抗氧化碳纤维(以提高复合材料的使用温度)、低纤度碳纤维(做0.035mm超薄型预浸带用)、高导热低电阻碳纤维(以满足屏蔽电磁、射频干扰用,并可散发多余的热能)、低热膨胀系数碳纤维(供卫星天线系统、反射镜等用),中空碳纤维(用于飞机制造工业,提高复合材料的冲击韧性,核反应堆中的高温过滤介质,分离生物分子血清和血浆用的介质)和活性碳纤维,随着科学及工程的发展会有很大发展。气相生长碳纤维近期内在稳定工艺,连续化生产方面会有明显进展,工业化生产的日期预料不会太远。

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