碳纤维可利用粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、芳香族聚酰胺纤维等多种聚合物制备可得,酚醛树脂和糠基树脂等热固性聚合物同样也可以制备碳纤维。碳纤维制备成本高、工艺复杂,所以在此过程中一定要多注意一些细节。
碳纤维原丝的稳定是十分重要的,能够减少聚合物大量的熔融以及挥发。要求我们能够得到含碳量高的原丝,以保证在将其转化为碳纤维的时候能够很好的保持住其纤维的状态。
石墨的典型结构是六方形的碳原子排列成平行层状的,每个碳原子都会与相邻的三个碳原子构成加固的共价键。石墨晶体的层状特性决定了碳纤维具有各项异形,在高模量的碳纤维制备过程中,要求石墨层可以沿着纤维轴的方向分布,可通过原丝转化为碳纤维的过程中塑性形变来达到,或者碳纤维本身的塑性形变也是可以的。
除此外,可以将碳素纤维在2500℃的高温下进行热处理,以此来提高结晶的序列。这样可以消除碳纤维微细结构的缺陷,从而让所有的石墨平面得以在纤维方向延伸。
以上便是碳纤维制备过程中,需要注意的几个问题,当然了,不同的聚合物在制备的过程中都会存在或多或少的差别,这里就不一一赘述了。目前碳纤维在航空航天、轨道交通、体育器械、医疗器材等多领域有着广泛应用,随着对碳纤维研究的不断深入,未来碳纤维将普及到生活的方方面面。
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