碳纤维及碳纤维制品

 

  碳纤维(carbon fibre)最早是爱迪生于 1879 年用棉丝碳化制成的,用来制做白炽灯泡的灯丝。 50 年代初,随着空间技术的发展,需要有优良性能的结构材料,许多工业发达国家开始重视碳纤维的研究工作,到 60 年代获得迅速的发展。目前各国工业用的碳纤维原料主要有聚丙烯睛纤维和沥青纤维。根据使用要求和热处理温度的不同,碳纤维分为耐燃纤维、碳纤维和石墨纤维。例如 300-350 ℃ 热处理时得耐燃纤维; 1000 -1500 ℃ 热处理时得碳纤维,含碳量为 90-95 % ; 碳纤维经 2000 ℃ 以上高温处理可以制得石墨纤维,含碳量高达 99 %以上。

碳纤维板材

  碳纤维属于无机纤维,主要特点是耐高温、质轻、有很高的抗拉强度和弹性模量,不单独使用,一般是加入到树脂、金属或陶瓷基体中制成复合材料,用于制造宇宙飞船、火箭、导弹、高速飞机及大型客机的外壳,此外,这种复合材料还用于原子能、机电、化工、冶金、运输等工业部门及体育运动器具.

  炭纤维是一个总称,按热处理温度不同,可分为三类:

  1 )预氧化纤维:热处理温度 200 一 400 ℃ ,

  2 )石墨纤维:热处理温度 2500 ℃ 以上,

  3 )炭纤维:热处理温度 800 一 1800 ℃ .

  预氧化纤维是一种中间产品,常用来织布,织带再进行炭化生产炭布,炭带.大量生产的品种为 800 一 1900 ℃ 的炭纤维,石墨纤维的使用场合较少,常把它看成炭纤维的一个品种.

碳纤维异型管

  碳纤维制品种类

  1 )短纤维:单根 D = = 5 一 10 微米,每股有 1000 一 10000 根单丝;

  2 )连续长纤维: o = 5 一 10 微米,每股有 1 000 一 10000 根,长度 100 一 1000 米;

  3 )炭带:由炭纤维丝编织而成;

  4 )炭布:分编织炭布和无纬炭布。编织布由原纤维织布再预氧化和炭化;无纬布生产是在专用的织机上对一排平铺的原纤维每隔一润瞬巨离加入一根纬线(如涤纶丝),然后进行连续预氧化和炭化.无纬炭布炭化后一般马上浸以树脂,制成预浸胶无纬布使用;

  5 )炭毡:由粘胶丝织成的毡,在惰性气体中经过受控制的炭化而制得。

碳纤维圆管

  制备碳纤维的前驱体有很多,可以用粘胶纤维、沥青、聚丙烯睛、聚乙烯醇、木质素、聚氛乙烯、酚醛树脂、聚苯并噻唑等为原料,但到目前为止,取得工业规模生产的仅有聚丙烯睛、粘胶和沥青 3 种,其中聚丙烯睛基破纤维综合性能最好,产量占 90 %以上;沥青基碳纤维在强度等性能方面稍差,但成本较低,也有一定的需求;粘胶基碳纤维生产工艺复杂,碳化收率低,成本高,一般仅限于军事领域高技术产品应用。