碳纤维材料的生产工艺及发展分析

  碳纤维是一种纤维状的碳材料,其形成是根据有机纤维在高于100℃的温度下碳化而成的。碳纤维具有以下特性:第一是密度小、质量轻。碳纤维的密度远远小于钢或者铝合金的密度,是铁的1/4。第二是强度、弹性模量高,碳纤维的质量比钢轻,但是强度比钢大。第三是热膨胀系数小,能够保证在实际应用过程中能够有效的避免由于温度骤降产生炸裂。第四是摩擦系数小,具有润滑性,导电性好。第五是耐高温、耐酸性等特性。

  碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但是碳纤维中的碳原子平面不是碳纤维材料所决定的,因为无论采用那种材料,碳原子平面的布局都是根据碳纤维轴平行分布的。通过实验得出,碳纤维结构是属于乱层石墨结构决定的,这样在实际应用过程中,碳纤维的结构基元是由六角形碳原子层晶格组成的,每一个层晶格是由碳原子为共价键连接而成。其中层面内部的基础碳原子所受到的引力是对称的。

  聚丙烯晴基碳纤维的生产原料是聚丙烯腈碳原丝,在生产的过程中是通过将碳原丝进行放丝,经过轮回的空气预氧化过程,在不断的温度变化中,将在线表面进行处理,最终收卷。就目前来看,我国的预氧化加热方式一般来讲都是通过运用炉外加热进行的,通过热辐射持续加热,经过反复的加热步骤,经过技术的不断进步,使用在炉外预热工艺条件下的热风加热,能够有效的避免热量过热,保证氧化产生的反应均匀,避免由于不能掌控热量而发生起火的现象。

  聚丙烯腈基碳纤维属于脆性材料,为了减少材料的损坏程度,需要减少此材料的直接使用。国内外在聚丙烯睛碳纤维碳化工艺上没有太大的出人,但是由于国内外碳原丝质量不同,预热氧化技术以及表面处理工艺存在着较大的差异,使得从总体上讲,我国内部的碳纤维在质量上还需要进行研究,提高碳纤维的竞争价值,需要在此基础上,加强对大丝束碳纤维,不断的降低碳纤维的价格。

  大丝束碳纤维在使用需求暴增,每一束碳纤维有48K的碳纤维含量,小丝束碳纤维通常是指每一束碳纤维中含有1K、3K、6K、12K、24K的碳纤维。现在大丝束碳纤维已经被广泛的生产应用。近年来,大丝束碳纤维得到了飞速的发展。

  大丝束碳纤维的优点包括以下几个方面:

  (1)大丝束碳纤维的原料购买方便

  大丝束碳纤维采用的是民用聚丙烯腈原丝作为制备碳纤维的原丝。在碳纤维研制生产应用的过程中,制备碳纤维的生产原丝是一项十分重要的工作,也是关键技术所在,而民用聚丙烯腈原丝产品能够轻易购买,而且性能高,便于使用。

  (2)低价格、高性能

  大丝束碳纤维在制备的过程中属于低成本生产技术,其中采用的原丝是聚丙烯腈原丝,生产成本低,价格实惠,民用聚丙烯腈的价格是小丝束碳纤维特种原丝价格的1/4,成本低,而且性能高。

  早在20世纪90年代以前,我国的碳纤维材料主要应用在航空高科技领域,价格相对比较高。但是随着经济的发展科技的进步,使得我国的的碳纤维材料逐渐的应用在平常的生产生活中。相关领域已经根据自身的生产需求提出了认为可以接受的价格,当碳纤维的价格不断的降低时,才能大量的被运用到各行各业中。碳纤维的价格已经在一定程度上成为了制约碳纤维工业发展的直接影响因素,需要降低碳纤维材料的价格,这样才能在市场上得到大范围的应用,使得碳纤维工业得到一个大的提高。