株洲湖南碳纖維加固:碳纖維的工藝技術(shù)
現(xiàn)代碳纖維工業(yè)化的路線是前驅(qū)纖維炭化工藝法,所用3種原料纖維的組成、碳含量等見表。
制造碳纖維用的原纖維名稱化學(xué)組分碳含量/%碳纖維收率/%黏膠纖維(C6H10O5)n4521~35聚丙烯腈纖維(C3H3N)n6840~55瀝青纖維C,H9580~90
采用這3種原纖維制造炭纖維的流程都包括:穩(wěn)定化處理(在200~400℃空氣,或用耐燃試劑等化學(xué)處理),碳化(400~1400℃,氮?dú)?和石墨化(1800℃以上,氬氣氣氛下)。為了提高炭纖維與復(fù)合材料基質(zhì)的粘接性能需進(jìn)行表面處理、上漿、干燥等工序。
另一種制造碳纖維的方法是氣相生長(zhǎng)法。將甲烷與氫的混合氣體在催化劑的存在下,于1000℃高溫下反應(yīng),可制得不連續(xù)的短切碳纖維,更大長(zhǎng)度可達(dá)50 cm。其結(jié)構(gòu)不同于聚丙烯腈基或?yàn)r青基碳纖維,易石墨化,力學(xué)性能良好,導(dǎo)電性高,易形成層間化合物。(見氣相生長(zhǎng)炭纖維)
分類及命名
現(xiàn)在碳纖維的主要產(chǎn)品有聚丙烯腈基,瀝青基及黏膠基3大類,每一類產(chǎn)品又因原纖維種類、工藝及朂終碳纖維性能等不同,又分成許多品種。“碳纖維”一詞實(shí)際上是多種碳纖維的總稱,因此分類及命名就十分重要。
20世紀(jì)70年代末期,理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)曾對(duì)炭纖維的分類和命名作了規(guī)定。首先用PAN(聚丙烯腈),MP(中間相瀝青)及VS(黏膠)表示碳纖維的類別,再以小寫英文字母表示熱處理溫度如lht(表示熱處理溫度,低于1400℃),hht(熱處理溫度在2000℃以上),然后再加上表示性能的符號(hào)(如HT表示高強(qiáng)、HM高模、SHT超高強(qiáng)、HTHS高強(qiáng)高應(yīng)變、IM中模及UHM超高模等)。同時(shí)指出,聚丙烯腈基,黏膠基及普通型瀝青基碳纖維均屬難石墨化的聚合物炭,而中間相瀝青基炭纖維及氣相生長(zhǎng)的碳纖維是易石墨化碳。
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