碳纖維特性及其加工工藝、產(chǎn)品介紹.ppt

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1、碳纖維碳纖維(CF)是一種以聚丙烯腈（PAN）、瀝青、粘膠纖維等為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化工藝而制得的含碳量大于90％的特種纖維。碳纖維具有十分優(yōu)異的性能，比鋁還要輕，比鋼還要硬，比重是鐵的1／4，強(qiáng)度是鐵的10倍。缺點(diǎn)：耐沖擊性較差，容易損傷，在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化，與金屬?gòu)?fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。高強(qiáng)度高模量低密度耐高溫耐腐蝕耐摩擦導(dǎo)電導(dǎo)熱膨脹系數(shù)小減震碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得；長(zhǎng)絲長(zhǎng)絲短切纖維短纖維分類：狀態(tài)通用型：碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕

2、（MPa）、拉伸模量為100GPa左右高性能型力學(xué)性能高強(qiáng)型：強(qiáng)度2000MPa模量250GPa高模型：模量300GPa以上超高強(qiáng)型：強(qiáng)度大于4000MPa超高模型：模量大于450GPa高強(qiáng)高伸型碳纖維聚丙烯腈碳纖維PAN基CF生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品綜合性能好，因而發(fā)展很快，產(chǎn)量占到90％以上，成為最主要的品種。比重輕密度小超高強(qiáng)力與模量纖維細(xì)而柔軟耐磨減振熱膨脹系數(shù)小導(dǎo)熱率高導(dǎo)電性好X射線透過(guò)性及電磁波遮蔽性良好具有潤(rùn)滑性PAN耐蝕性出類拔萃,在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹。耐酸、堿、鹽腐蝕可形成多孔，表面活性、吸附性強(qiáng)有學(xué)者在1981年將其浸

3、泡在強(qiáng)堿NaOH溶液中，時(shí)間已過(guò)去20多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。生物相容性好,對(duì)人體組織沒(méi)有毒害作用缺點(diǎn)：PAN在空氣中當(dāng)溫度高于400°C時(shí)即發(fā)生明顯的變化，氧化產(chǎn)物CO?，CO在纖維表面散失，所以其在空氣中的使用溫度不能太高，一般在360°C以下。PAN的徑向強(qiáng)度不如軸向強(qiáng)度，因而CF忌徑向強(qiáng)力，即不能打結(jié)。由PAN原絲制備碳纖維的工藝流程如下：PAN纖維紡絲→預(yù)氧化→碳化→石墨化→表面處理→卷取→碳纖維加工工藝PAN纖維的制備紡絲方法:①干法②濕法③浮懸法④干噴濕紡濕法紡絲的制備過(guò)程PAN的聚合→脫單脫泡→計(jì)量→過(guò)濾→噴絲→逐級(jí)凝固

4、牽伸→水洗→沸水牽伸→上油→致密化→蒸汽牽伸→干燥熱定型→卷繞等工序預(yù)氧化熱氧穩(wěn)定化通稱預(yù)氧化,其目的是使熱塑性PAN線性大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性的耐熱梯形結(jié)構(gòu)，從而使纖維在高溫碳化下不熔不燃，繼續(xù)保持纖維狀態(tài)。預(yù)氧化處理可以提高炭纖維的收率和力學(xué)性能，是制備炭纖維的一個(gè)重要步驟。梯形升溫預(yù)氧化是當(dāng)前工業(yè)化生產(chǎn)所普遍采用的。過(guò)程：一般將纖維在空氣下加熱至約270℃，保溫0.5h~3h，聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色，最后形成黑色的預(yù)氧化纖維。這是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化后，外層和核芯區(qū)形成耐熱梯形高分子的結(jié)果。預(yù)氧化后的纖維呈黑色

5、，遇火也不燃燒，也稱為預(yù)氧纖維，可做防火織物、密封材料等，現(xiàn)已成為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)產(chǎn)品。碳化將預(yù)氧化纖維在高純氮(99.99％以上)氣氛下進(jìn)行高溫處理（1600℃），一方面將非碳原子在炭化時(shí)以揮發(fā)物(如HCN，NH3，CO2，CO，H2O，N2等)方式除去，同時(shí)使預(yù)氧纖維向炭纖維結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。在400～600℃時(shí)，發(fā)生劇烈熱解反應(yīng)，部分揮發(fā)物冷凝后形成焦油，如它附著在炭纖維表面會(huì)降低纖維的力學(xué)性能，因此要很好地把焦油在炭化過(guò)程中排出。隨熱處理溫度繼續(xù)升高(600-1000℃)，芳構(gòu)的似石墨結(jié)構(gòu)按縱向及側(cè)向繼續(xù)長(zhǎng)大(圖3)。炭化溫度升至1400℃左

6、右，炭纖維的強(qiáng)度為最高，炭化溫度繼續(xù)升高時(shí)，強(qiáng)度則下降，模量則隨溫度升高而繼續(xù)增高。石墨化石墨化是將炭纖維在氬氣保護(hù)下經(jīng)2000℃以上的高溫?zé)崽幚?，使炭纖維微晶結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善、長(zhǎng)大，提高微晶層面沿纖維軸的擇優(yōu)取向，使炭纖維的楊氏模量進(jìn)一步提高。經(jīng)高溫處理的炭纖維屬高模型炭纖維。聚丙烯腈基炭纖維屬于難石墨化的聚合物炭。通常所謂“石墨化”一詞只表示在2000℃以上的高溫?zé)崽幚矶选１砻嫣幚肀砻嫣幚砭郾╇婊坷w維的主要用途是與樹脂復(fù)合做結(jié)構(gòu)材料用，也加入金屬或陶瓷、水泥等基體中，構(gòu)成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。炭纖維表面經(jīng)氧化處理后，表面積增大，提高炭

7、纖維與樹脂的結(jié)合牢度和層間剪切強(qiáng)度。㈠①氣相氧化法②液相氧化法③濕法陽(yáng)極氧化法④等離子體氧化法⑤表面涂層改性法㈡復(fù)合表面處理法在炭纖維表面涂一層指定的漿料以便與基質(zhì)(如樹脂、炭或金屬等)更好地結(jié)合?？諝庋趸ǔ粞跹趸☉?yīng)用澳大利亞碳纖維浴缸隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的注重，在浴室中安放一款舒適而不失奢華的衛(wèi)浴潔具浴缸也逐漸成為家居消費(fèi)的趨勢(shì)之一。日前，一家澳大利亞的浴缸生產(chǎn)廠家推出了這款與眾不同的碳纖維浴缸，或許將成為人們的新選擇。這款浴缸使用純碳材料制成，碳原料經(jīng)過(guò)復(fù)雜的過(guò)程被制成一根根直徑為0.03至0.05毫米的纖維，最后被編織成浴缸。整只浴

8、缸高8英尺，可以裝大約90加侖的水，不僅結(jié)實(shí)耐用而且極富藝術(shù)魅力。這款浴缸防電、防腐而且不受氣溫變化影響，可以保存多年，供幾代人持續(xù)使用。CorcelN°1碳纖維的材質(zhì)讓這款浴缸