8 碳纤维
概述
碳纤维的分类与制造
碳纤维的结构与性能
碳纤维的表面处理
碳纤维概念
碳纤维的制作方法
以聚丙烯腈(PAN) 为原料制造的碳纤维
碳纤维的表面处理
碳纤维
由有机纤维或低分子烃气体原料在惰性气氛中经高温(1500ºC)碳化而成的纤维状碳化合物,其碳含量在90%以上。
制造的方法:
将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰纤维,然后再在惰性气氛中于高温下进行焙烧碳化,使有机纤维失去部分碳和其他非碳原子,形成以碳为主要成分的纤维状物。此法用于制造连续长纤维。
气相法
在惰性气氛中将小分子有机物(如烃或芳烃等)在高温下沉积成纤维。此法用于制造晶须或短纤维,不能用于制造长纤维。
有机纤维碳化法
以聚丙烯腈(PAN)为原料制造的碳纤维
预氧化:200℃~300℃的氧化气氛中,原丝受张力情况下进行
PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段:
PAN的Tg低于100℃,分解前会软化熔融,不能直接在惰性气体中进行碳化。先在空气中进行预氧化处理,使PAN的结构转化为稳定的梯形六元环结构,就不易熔融。另外,当加热足够长的时间,将产生纤维吸氧作用,形成PAN纤维分子间的化学键合。
进行预氧化处理的原因:
在400℃~1900℃的惰性气氛中进行,碳纤维生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素,改变了原PAN纤维的结构,形成了碳纤维。碳化收率40%~45%,含碳量95%左右。
碳化:
在2500℃~3000℃的温度下,密封装置,施加压力,保护气体中进行。目的是使纤维中的结晶碳向石墨晶体取向,使之与纤维轴方向的夹角进一步减小以提高碳纤维的弹性模量。
石墨化
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