碳纤维特性及其加工工艺、产品介绍.ppt

碳纤维,碳纤维(CF)是一种以聚丙烯腈（PAN）、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90的特种纤维。碳纤维具有十分优异的性能，比铝还要轻，比钢还要硬，比重是铁的14，强度是铁的10倍。,缺点：耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。,高强度高模量低密度耐高温耐腐蚀,耐摩擦导电导热膨胀系数小减震,碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；,长丝,长丝,短切纤维,短纤维,分类：,状态,通用型：碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、拉伸模量为100GPa左右,高性能型,力学性能,高强型：强度2000MPa模量250GPa,高模型：模量300GPa以上,超高强型：强度大于4000MPa,超高模型：模量大于450GPa,高强高伸型碳纤维,聚丙烯腈碳纤维,PAN基CF生产工艺简单，产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90以上，成为最主要的品种。比重轻密度小超高强力与模量纤维细而柔软耐磨减振热膨胀系数小导热率高导电性好X射线透过性及电磁波遮蔽性良好具有润滑性,PAN耐蚀性出类拔萃,在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀。耐酸、碱、盐腐蚀可形成多孔，表面活性、吸附性强有学者在1981年将其浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去20多年，它至今仍保持纤维形态。生物相容性好,对人体组织没有毒害作用,缺点：PAN在空气中当温度高于400C时即发生明显的变化，氧化产物CO，CO在纤维表面散失，所以其在空气中的使用温度不能太高，一般在360C以下。PAN的径向强度不如轴向强度，因而CF忌径向强力，即不能打结。,由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN纤维纺丝预氧化碳化石墨化表面处理卷取碳纤维,加工工艺,PAN纤维的制备,纺丝方法:干法湿法浮悬法干喷湿纺,湿法纺丝的制备过程,PAN的聚合脱单脱泡计量过滤喷丝逐级凝固牵伸水洗沸水牵伸上油致密化蒸汽牵伸干燥热定型卷绕等工序,预氧化,热氧稳定化通称预氧化,其目的是使热塑性PAN线性大分子链转化为非塑性的耐热梯形结构，从而使纤维在高温碳化下不熔不燃，继续保持纤维状态。预氧化处理可以提高炭纤维的收率和力学性能，是制备炭纤维的一个重要步骤。梯形升温预氧化是当前工业化生产所普遍采用的。,过程：一般将纤维在空气下加热至约270，保温0.5h3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，外层和核芯区形成耐热梯形高分子的结果。,预氧化后的纤维呈黑色，遇火也不燃烧，也称为预氧纤维，可做防火织物、密封材料等，现已成为一个独立的工业产品。,碳化,将预氧化纤维在高纯氮(99.99以上)气氛下进行高温处理（1600），一方面将非碳原子在炭化时以挥发物(如HCN，NH3，CO2，CO，H2O，N2等)方式除去，同时使预氧纤维向炭纤维结构转变。,在400600时，发生剧烈热解反应，部分挥发物冷凝后形成焦油，如它附着在炭纤维表面会降低纤维的力学性能，因此要很好地把焦油在炭化过程中排出。随热处理温度继续升高(600-1000)，芳构的似石墨结构按纵向及侧向继续长大(图3)。炭化温度升至1400左右，炭纤维的强度为最高，炭化温度继续升高时，强度则下降，模量则随温度升高而继续增高。,石墨化,石墨化是将炭纤维在氩气保护下经2000以上的高温热处理，使炭纤维微晶结构进一步完善、长大，提高微晶层面沿纤维轴的择优取向，使炭纤维的杨氏模量进一步提高。经高温处理的炭纤维属高模型炭纤维。聚丙烯腈基炭纤维属于难石墨化的聚合物炭。通常所谓“石墨化”一词只表示在2000以上的高温热处理而已。,表面处理,表面处理聚丙烯腈基炭纤维的主要用途是与树脂复合做结构材料用，也加入金属或陶瓷、水泥等基体中，构成碳纤维增强复合材料。炭纤维表面经氧化处理后，表面积增大，提高炭纤维与树脂的结合牢度和层间剪切强度。,气相氧化法液相氧化法湿法阳极氧化法等离子体氧化法表面涂层改性法复合表面处理法在炭纤维表面涂一层指定的浆料以便与基质(如树脂、炭或金属等)更好地结合。,空气氧化法,臭氧氧化法,应用,澳大利亚碳纤维浴缸,随着人们对生活品质的注重，在浴室中安放一款舒适而不失奢华的卫浴洁具浴缸也逐渐成为家居消费的趋势之一。日前，一家澳大利亚的浴缸生产厂家推出了这款与众不同的碳纤维浴缸，或许将成为人们的新选择。这款浴缸使用纯碳材料制成，碳原料经过复杂的过程被制成一根根直径为0.03至0.05毫米的纤维，最后被编织成浴缸。整只浴缸高8英尺，可以装大约90加仑的水，不仅结实耐用而且极富艺术魅力。这款浴缸防电、防腐而且不受气温变化影响，可以保存多年，供