碳纖維的生產與應用

1、碳纖維的生產與應用,2,碳纖維,碳纖維是由有機纖維經一系列熱處理方法轉化而成的含碳量在90%以上的高性能纖維材料。它屬于無機非金屬纖維材料范疇，但又與一般的無機材料有所不同。,3,特點,優(yōu)點：碳纖維有如下的優(yōu)良特性：① 比重輕、密度??；② 超高強力與模量；③ 纖維細而柔軟；④ 耐磨、耐疲勞、減振吸能等物理機械性能優(yōu)異；⑤ 耐酸、堿和鹽腐蝕，可形成多孔、表面活性、吸附性強的活性碳纖維；⑥ 熱膨脹系數(shù)小，導熱率高，不出現(xiàn)蓄能和過熱；高溫下尺

2、寸穩(wěn)定性好，不燃，熱分解溫度800℃，極限氧指數(shù)55；⑦ 導電性、X射線透過性及電磁波遮蔽性良好；⑧ 具有潤滑性，不沾潤在熔融金屬中，可使其復合材料磨損率降低；⑨ 生物相容性好，生理適應性強。缺點：性脆、高溫抗氧化性差,4,,根據(jù)制備碳纖維的原料，可將它分成：以粘膠纖維為原料的粘膠基碳纖維以聚丙烯腈纖維為原料的聚丙烯腈基碳纖維以瀝青為原料的瀝青基碳纖維以酚醛樹脂為原料的酚醛樹脂基碳纖維無論用何種原絲纖維來制造碳纖維，都要經過

3、以下幾個階段階段：拉絲→牽伸→穩(wěn)定→碳化（→石墨化）,5,制造方法,根據(jù)碳纖維的原料不同，其具體的制造方法也不同以聚丙烯腈基碳纖維為例（用作碳纖維的聚丙烯腈纖維與民用的同名纖維不同，為了促進預氧化和環(huán)化交聯(lián)反應的實施，用作碳纖維基的聚丙烯腈纖維中還應含有丙烯醛、甲基丙烯酸、羥乙基丙酸烯腈、甲基乙基酮等共聚物，同時聚丙烯腈的相對分子質量也應比民用聚丙烯腈略高，約8~10萬）,6,,首先將此種聚丙烯腈纖維(亦稱PAN原絲)送入氧化爐中，在

4、空氣環(huán)境下緩慢加熱至200~300℃實施預氧化處理成為預氧化絲然后在惰性氣體的保護下將預氧化絲置于800~1500℃條件下進行碳化反應,7,性能,輕質高強，其比重為鐵的四分之一，比強度為鐵的10倍，尤其是高彈模量碳纖維，其抗拉強度比鋼材大68倍，彈性模量比鋼材大1．8～2．6倍?；瘜W性能非常穩(wěn)定，耐高溫和低溫以及耐腐蝕性高，在600℃高溫下其性能保持不變，在-180℃低溫下仍很柔韌，不與惡劣環(huán)境下酸、堿、鹽發(fā)生腐蝕性反應。可加工性

5、能好。例如，由于碳纖維布質輕又可折可彎，可適應不同構件形狀，成型很方便，可根據(jù)受力需要粘貼若干層，而且施工時不需要大型設備，也不需要采用臨時固定，對原結構無新的損傷。此外，碳纖維的其他特性還包括高強度的X射線穿透性、較高的抗熱、導電性及抗磨蝕性能等。,8,應用,1、宇航工業(yè) 用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構架、天線、太陽能底板、衛(wèi)星-火箭結合部件；航天飛機機翼前緣和艙門等制件；哈勃太空望遠鏡的測量構架，太

6、陽能電池板和無線電天線,9,2、航空工業(yè)用作主承力結構材料，如主翼、尾翼和機體；次承力構件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動機艙、整流罩及座板等，此外還有C/C剎車片。,,10,3、交通運輸 用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達罩、深海油田的升降器和管道。,,11,運動器材 用作網球、羽毛球、和壁球拍及桿