碳纖維資訊：什么是碳纖維？是怎么來的？

　　

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        什么是碳纖維
碳纖維(carbon fiber，CF) 是一種連續(xù)細(xì)絲碳資料，直徑范疇在6~8μm內(nèi)，僅為人的頭發(fā)絲的1/3左右，是近數(shù)十年來為滿意高機(jī)能飛機(jī)對資料的須要而發(fā)展起來的一種新型資料。只管碳纖維的含碳量在90%以上，然而它的制備不是直接用碳資料抽取的。碳資料不溶于任何溶劑，也不能用熔融紡絲法制取，而是由有機(jī)高分子纖維，即聚丙烯臘纖維，或石油瀝青或煤瀝青纖維經(jīng)專門的碳化處理而制得的。用于制備碳纖維的有機(jī)纖維稱為前驅(qū)體或原絲。在美國，碳纖維也被稱為石墨纖維(graphite fiber)，但真正意思上的石墨纖維是將相應(yīng)的有機(jī)前驅(qū)體纖維制成碳纖維后，再經(jīng)2000~ 3300℃石墨化處理后而得到的纖維資料，含碳量高達(dá)99%，因此彈性模量也大為進(jìn)步，用石墨纖維制造的復(fù)合資料，不僅輕質(zhì)高強(qiáng)，而且剛性跟尺寸牢固性特別好，在航天利用中，被用來制造衛(wèi)星天線或太陽能電池矩陣。

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　　碳纖維的研究開發(fā)啟發(fā)于對20世紀(jì)50年代開發(fā)的玻璃纖維復(fù)合資料機(jī)能的意識跟教訓(xùn)。通常的玻璃纖維復(fù)合資料，密度要高出碳纖維復(fù)合資料1/3 以上，而拉伸強(qiáng)度僅是碳纖維復(fù)合資料的2/3，模量則更低，不到1/3，滿意不了高機(jī)能飛機(jī)的請求，因此研究高強(qiáng)、高模及低密的加強(qiáng)纖維成為發(fā)展高機(jī)能纖維復(fù)合資料的前提。在碳纖維之前，曾經(jīng)開發(fā)過硼纖維，1960年鎢絲芯硼纖維開端了小批量的生產(chǎn)，硼纖維直徑約100μm，拉伸模量達(dá)400GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)3800MPa，纖維體積分?jǐn)?shù)為60%的硼纖維加強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合資料(絕對密度≈2.0)，拉伸模量達(dá)200GPa，比玻璃纖維復(fù)合資料(絕對密度≈1.8)的拉伸模量(40GPa) 大5倍，比鋁合金(絕對密度≈2.7) 的拉伸模量(70Pa)大3倍，因此美國空軍資料實驗室將
　　硼纖維/環(huán)氧復(fù)資料命名為進(jìn)步復(fù)合資料(advanced composite materials，ACM)，并于20世紀(jì)的年代后期開端了在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的利用，如飛機(jī)水平尾翼跟垂直安定面翼盒結(jié)構(gòu)等。
　　然而，硼纖維生產(chǎn)工藝龐雜, 本錢高，硼纖維自身粗硬，很難在結(jié)構(gòu)上推廣利用。碳纖維制品在之前還有一種說法是，碳纖維制品與同等質(zhì)量的金屬材料相比，碳纖維的強(qiáng)度等于金屬強(qiáng)度的12倍。
　　在這種背景下，于20世紀(jì)60年代后期，翻新型的聚丙烯腈基碳纖維研發(fā)勝利并實現(xiàn)批量生產(chǎn)，從此開端了碳纖維復(fù)合資料在航空航天范疇利用的里程砷. 因為碳紆維復(fù)合資料優(yōu)良的綜合機(jī)能，特別是超常的高比強(qiáng)度跟比模量，使結(jié)構(gòu)的效力得以極大水平的施展，因此到目前為止，被看成是一種幻想的航空航天結(jié)構(gòu)資料，近50年來，它在航空航天范疇的利用得到了長足的發(fā)展。
 
　　此外，碳纖維還存在耐腐化、抗疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小、尺寸牢固性高、導(dǎo)電等優(yōu)點。
　　目前碳纖維重要從原絲類型、利用機(jī)能方面進(jìn)行分類。 內(nèi)容來自123456
　　按原絲類型分類有聚丙烯腈基纖維、瀝青基纖維、黏膠基纖維、木質(zhì)素纖維基纖維跟其余有機(jī)纖維基碳纖維。
　　按利用機(jī)能分則有通用級碳纖維(其拉伸強(qiáng)度<1.4GPa，拉伸模量<140GPa)跟高機(jī)能碳纖維，包含：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)，還有高強(qiáng)-高模、中強(qiáng)-中模等碳纖維。
　　商品化的碳纖維主流產(chǎn)品有兩大類，一是聚丙烯腈基碳纖維(PANbaseCF)，二是瀝青基碳纖維(pitch-base CF)。
　　同玻璃纖維一樣，用作加強(qiáng)體的碳纖維可能是纖維自身，包含連續(xù)、長、短纖維，以及各種纖維織物、布、帶、氈等。
　　如此機(jī)能良好的碳纖維是怎么制成的?
　　只管碳纖維重要由碳組成，微觀結(jié)構(gòu)也跟石墨十分瀕臨;然而，人們至今還不能直接用碳或石墨來制取碳纖維，只能采取一些含碳的有機(jī)纖維原料，將有機(jī)纖維與塑料樹脂結(jié)合在一起炭化制得碳纖維。 內(nèi)容來自123456
　　被選用來制備碳纖維的有機(jī)纖維重要包含:聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維等，其中利用較普遍的是聚丙烯腈碳纖維跟瀝青碳纖維。碳纖維制品廠家由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料由有機(jī)纖維經(jīng)過一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成，含碳量高于90%的無機(jī)高性能纖維，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。選用不同的有機(jī)纖維作為原料，對具體的工藝參數(shù)會有不同的請求，制備出來的碳纖維的機(jī)能也會有一定的差別。
　　然而，在這進(jìn)程中，普遍須要經(jīng)歷纖維紡絲、熱牢固化(預(yù)氧化)、氧化、碳化四個進(jìn)程，其間伴隨著脫氫、環(huán)化、預(yù)氧化、氧化及脫氧等化學(xué)變更。經(jīng)過這些進(jìn)程當(dāng)前，咱們就可能得到碳纖維的原絲。 copyright 123456
　　然而，制備出原絲并不象征著制備碳纖維的進(jìn)程就結(jié)束了。制備出原絲后，還須要經(jīng)過上漿跟固化的進(jìn)程。所謂的上漿就是將原絲跟環(huán)氧樹脂混淆的進(jìn)程。上漿進(jìn)程利用的方法可能很多，可能通過主動放置機(jī)械會將碳纖維浸泡在環(huán)氧樹脂中，也可能人工地將環(huán)氧樹脂跟其余高分子與碳纖維混淆起來。
　　上漿結(jié)束后，就須要經(jīng)過最后的一個程序，那就是固話。固化進(jìn)程常用到的方法是加熱，或者將環(huán)氧樹脂放在真空中加壓。固化重要是讓包裹了環(huán)氧樹脂的碳纖維硬化;此外，在固化進(jìn)程中，碳纖維可能會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成原絲資料中不含碳的物質(zhì)，導(dǎo)致纖維顆粒之間的團(tuán)聚作使勁更加強(qiáng)。這時候，碳纖維的產(chǎn)品就真正做好了。
 
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