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碳纤维资讯:什么是碳纤维?是怎么来的?

文章出处:网络责任编辑:编辑人气:发表时间:2020-06-14【

  

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        什么是碳纤维
碳纤维(carbon fiber,CF) 是一种连续细丝碳资料,直径范畴在6~8μm内,仅为人的头发丝的1/3左右,是近数十年来为满意高机能飞机对资料的须要而发展起来的一种新型资料。只管碳纤维的含碳量在90%以上,然而它的制备不是直接用碳资料抽取的。碳资料不溶于任何溶剂,也不能用熔融纺丝法制取,而是由有机高分子纤维,即聚丙烯腊纤维,或石油沥青或煤沥青纤维经专门的碳化处理而制得的。用于制备碳纤维的有机纤维称为前驱体或原丝。在美国,碳纤维也被称为石墨纤维(graphite fiber),但真正意思上的石墨纤维是将相应的有机前驱体纤维制成碳纤维后,再经2000~ 3300℃石墨化处理后而得到的纤维资料,含碳量高达99%,因此弹性模量也大为进步,用石墨纤维制造的复合资料,不仅轻质高强,而且刚性跟尺寸牢固性特别好,在航天利用中,被用来制造卫星天线或太阳能电池矩阵。

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  碳纤维的研究开发启发于对20世纪50年代开发的玻璃纤维复合资料机能的意识跟教训。通常的玻璃纤维复合资料,密度要高出碳纤维复合资料1/3 以上,而拉伸强度仅是碳纤维复合资料的2/3,模量则更低,不到1/3,满意不了高机能飞机的请求,因此研究高强、高模及低密的加强纤维成为发展高机能纤维复合资料的前提。在碳纤维之前,曾经开发过硼纤维,1960年钨丝芯硼纤维开端了小批量的生产,硼纤维直径约100μm,拉伸模量达400GPa,拉伸强度达3800MPa,纤维体积分数为60%的硼纤维加强环氧复合资料(绝对密度≈2.0),拉伸模量达200GPa,比玻璃纤维复合资料(绝对密度≈1.8)的拉伸模量(40GPa) 大5倍,比铝合金(绝对密度≈2.7) 的拉伸模量(70Pa)大3倍,因此美国空军资料实验室将
  硼纤维/环氧复资料命名为进步复合资料(advanced composite materials,ACM),并于20世纪的年代后期开端了在飞机结构上的利用,如飞机水平尾翼跟垂直安定面翼盒结构等。
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  然而,硼纤维生产工艺庞杂, 本钱高,硼纤维自身粗硬,很难在结构上推广利用。碳纤维制品在之前还有一种说法是,碳纤维制品与同等质量的金属材料相比,碳纤维的强度等于金属强度的12倍。
  在这种背景下,于20世纪60年代后期,翻新型的聚丙烯腈基碳纤维研发胜利并实现批量生产,从此开端了碳纤维复合资料在航空航天范畴利用的里程砷. 因为碳纡维复合资料优良的综合机能,特别是超常的高比强度跟比模量,使结构的效力得以极大水平的施展,因此到目前为止,被看成是一种幻想的航空航天结构资料,近50年来,它在航空航天范畴的利用得到了长足的发展。
 
  此外,碳纤维还存在耐腐化、抗疲劳、耐高温、膨胀系数小、尺寸牢固性高、导电等优点。
  目前碳纤维重要从原丝类型、利用机能方面进行分类。 内容来自123456
  按原丝类型分类有聚丙烯腈基纤维、沥青基纤维、黏胶基纤维、木质素纤维基纤维跟其余有机纤维基碳纤维。
  按利用机能分则有通用级碳纤维(其拉伸强度<1.4GPa,拉伸模量<140GPa)跟高机能碳纤维,包含:高强型(强度2000MPa,模量250GPa)、高模型(模量300GPa以上)、超高强型(强度大于4000MPa)、超高模型(模量大于450GPa),还有高强-高模、中强-中模等碳纤维。
  商品化的碳纤维主流产品有两大类,一是聚丙烯腈基碳纤维(PANbaseCF),二是沥青基碳纤维(pitch-base CF)。
  同玻璃纤维一样,用作加强体的碳纤维可能是纤维自身,包含连续、长、短纤维,以及各种纤维织物、布、带、毡等。
  如此机能良好的碳纤维是怎么制成的?
  只管碳纤维重要由碳组成,微观结构也跟石墨十分濒临;然而,人们至今还不能直接用碳或石墨来制取碳纤维,只能采取一些含碳的有机纤维原料,将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。 内容来自123456
  被选用来制备碳纤维的有机纤维重要包含:聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等,其中利用较普遍的是聚丙烯腈碳纤维跟沥青碳纤维。碳纤维制品厂家由于碳纤维拥有极高的材质特性,因此碳纤维制品的强度大,硬度高,远超过同体积同重量的金属材质。因此,碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。碳纤维复合材料由有机纤维经过一系列热处理转化而成,含碳量高于90%的无机高性能纤维,是一种力学性能优异的新材料,具有碳材料的固有本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。选用不同的有机纤维作为原料,对具体的工艺参数会有不同的请求,制备出来的碳纤维的机能也会有一定的差别。
  然而,在这进程中,普遍须要经历纤维纺丝、热牢固化(预氧化)、氧化、碳化四个进程,其间伴随着脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等化学变更。经过这些进程当前,咱们就可能得到碳纤维的原丝。 copyright 123456
  然而,制备出原丝并不象征着制备碳纤维的进程就结束了。制备出原丝后,还须要经过上浆跟固化的进程。所谓的上浆就是将原丝跟环氧树脂混淆的进程。上浆进程利用的方法可能很多,可能通过主动放置机械会将碳纤维浸泡在环氧树脂中,也可能人工地将环氧树脂跟其余高分子与碳纤维混淆起来。
  上浆结束后,就须要经过最后的一个程序,那就是固话。固化进程常用到的方法是加热,或者将环氧树脂放在真空中加压。固化重要是让包裹了环氧树脂的碳纤维硬化;此外,在固化进程中,碳纤维可能会产生化学反应,生成原丝资料中不含碳的物质,导致纤维颗粒之间的团聚作使劲更加强。这时候,碳纤维的产品就真正做好了。
 
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