碳纤维的制作过程ppt课件

1、精选，8碳纤维，8.1概况，8.2碳纤维的分类和制造，8.3碳纤维的结构和性能，8.4碳纤维的表面处理，精选，碳纤维概念碳纤维的制造方法以聚丙烯腈(PAN )为原料制造的碳纤维的表面处理，精选，碳纤维、有机纤维或低分子烃气体原料处于惰性气氛精选、制造方法：将有机纤维稳定化处理成耐火纤维，然后在惰性气氛中高温烧制碳化，失去一部分有机纤维的碳和其他非碳，形成以碳为主要成分的纤维状物。 该方法用于制造连续长纤维。 气相法是在惰性气氛中使小分子有机物(例如烃或芳香族烃等)在高温下堆积在纤维上。 该方法用于晶须和短纤维的制造，不用于长纤维的制造。 有机纤维碳化法、精选、以聚丙烯腈(PAN )为原料制造的

2、碳纤维，预氧化： 200300的氧化气氛中，原丝受到张力进行，PAN原丝制造碳纤维的过程分为三个阶段：精选，PAN的Tg小于100，分解前软化熔融首先在空气中进行预氧化处理，把PAN的结构变成稳定的梯形六元环结构的话，就难以熔化。 另外，充分长时间加热的话，会产生纤维的氧吸收作用，形成PAN纤维分子间的化学键。 进行预氧化处理的原因：精选，在4001900的惰性气氛中进行，是碳纤维生成的主要阶段。 去除大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变原PAN纤维的结构形成了碳纤维。 碳化收率4045，碳含量95%左右。 炭化：精选，精选，精选，25003000的温度，密封装置，施加压力，在气体中进行。 目的是

3、使纤维中的结晶性碳取向为石墨结晶，进一步减小与纤维轴方向的角度，提高碳纤维的弹性模量。 石墨化、精选、碳纤维表面处理、表面处理的目的：提高碳纤维增强复合材料中的碳纤维和基体的结合强度。 根据：除去表面杂质，在纤维表面形成微细孔或蚀刻槽，从石墨层的面改性为碳状结构，形成导入具有增加表面能的工序和具有极性或反应性的官能基的树脂发挥功能的中间层。 精选，1 .表面清洗法，2 .气相氧化法，3 .液相氧化法，4 .表面涂层法，精选，原因：液相时只氧化纤维表面，气相氧化剂可能深入渗透，特别是表面有微裂纹和缺陷。 但是，液相氧化间歇操作多，处理时间长，操作复杂，难以直接连接碳纤维生产线。 液相氧化法与气相

4、氧化法比较，液相氧化的效果比气相氧化法好，在条件适当的情况下，复合材料的剪切强度增加1倍以上，而纤维的强度略微下降。 精选，10芳族聚酰胺纤维，10.1概况，10.2芳族聚酰胺纤维的结构和特性，10.3芳族聚酰胺纤维的制造，10.4芳族聚酰胺纤维的产品，10.5芳族聚酰胺纤维及其复合材料的应用，精选，高强度，高弹性模量，耐高温，耐腐蚀，低密度，芳族聚酰胺纤维：芳族聚酰胺纤维的通称(美国杜邦公司1968年开始研究，1973年开始研究)，中国命名为芳纶纤维。 特点：10.1概况，精选，芳纶纤维历史短，发展快。 1968年美国杜邦公司开始开发。 1972年以b纤维的名字发表专利，提供了产品。 197

5、2年开发了名为PRD-49的纤维。 1973年正式注册的商品名称为ARAMID纤维。 ARAMID纤维包括三种品牌的产品，并更名。 PRD-49-IV改称为芳纶-29，PRD-49-III改称为芳纶-49，b纤维改称为芳纶。 主要用于绳索、电缆、涂装织物、皮带和带状物、防弹背心等。 用于航空宇宙造船工业的复合材料产品。主要用于橡胶增强、轮胎、三角带、同步带等的制造，精选、优点，(1)不熔融(2)高温能量保持高强度和高弹性模量(3)耐热性、不易燃烧(4)尺寸稳定，几乎不发生蠕变(5)耐药性良好耐磨耗性好(7)对放射性射线的抵抗性大(8)非导电性且介电性能优异(9)与无机纤维相比，振动吸收性好，衰

6、减速度快，精选、缺点，(1)压缩性差，压缩强度微小(2)紫外线照射时强度大幅度降低。 精选，10.2芳香族聚酰胺纤维的结构和特性，10.2.1芳香族聚酰胺纤维的结构，对芳香族聚酰胺纤维，间芳香族聚酰胺纤维，芳香族聚酰胺共聚纤维，精选，(1)聚苯甲酰胺纤维Poly(P-benzamide )简称PBA纤维、对芳香族纤维、精选，(2)聚对苯二甲酰胺纤维Poly(P-Phenleneterephthalamide )简称PPTA纤维，精选，(1)聚间苯二甲酸间苯二甲酸纤维、间芳香族聚酰胺纤维、精选、用途：主要特征，高温性能好，高温下的强度保持率好，尺寸稳定性，耐氧化性和耐水性好，不易燃烧，具有自燃性

7、，耐磨损性和耐多次弯曲性好，耐药性、隔热性能也好。 缺点、强度和模量低，耐光性差。 精选，(2)聚n，n-m-苯并-(m-苯酰胺)对苯二酰胺纤维，主要用于阻燃纤维和耐高温绝缘材料，精选，芳香族聚酰胺共聚纤维，为了得到更高强度和弹性模量的纤维，改善纤维的耐疲劳性能，可以使用各种芳香环还处于研究开发和试制阶段。 精选，芳纶纤维的分子结构，芳纶纤维是苯甲酰和苯胺的聚合物，溶解成液晶纺。 精选、分子链中苯环和酰胺基以一定的规律排列，具有良好的规律性。 芳纶纤维具有高结晶性。 结合在芳香环上的坚硬直线状分子键在纤维轴方向上高度取向，各聚合物链通过氢键横向连接。 纤维方向上强共价键和弱横向氢键，芳纶纤维力

8、学性能各向异性，即纤维纵向强度高，横向强度低。 精选，纤维苯环结构，分子链不易转动。 高分子化合物的分子不折叠，在伸长的状态下形成棒状结构，使纤维具有高弹性模量。 聚合物的线性结构使分子间排列得非常紧密，单位体积内可以容纳很多聚合物分子。 这个高的实体性使纤维具有高强度。 高强度、高弹性模量、耐高温、耐腐蚀、低密度、高弹性模量、高强度、精选、苯环结构在环内电子的共轭作用下使纤维具有化学稳定性，不引起高温分解。 此外，由于苯环结构的刚性，使高分子化合物具有结晶的本质，使纤维具有高温尺寸的稳定性。 耐高温，精选，10.2.2芳纶纤维的基本性能，a，芳纶纤维力学性能芳纶纤维热稳定性芳纶纤维化学性能。

9、 精选，芳纶纤维的特点是拉伸强度高，初期弹性模量高，增长率低。 单丝的强度达到3773MPa，254mm长的纤维束的拉伸强度为2744MPa，约为铝的5倍。 芳纶纤维的拉伸强度约为e玻璃纤维的1.5倍，与碳纤维同等或稍高。 拉伸弹性模量仅次于碳纤维和硼纤维。 a、芳纶纤维力学性能、芳纶纤维冲击性能好，约为石墨纤维6倍，硼纤维3倍，玻璃纤维0.8倍。 精选，芳纶纤维弹性模量可达1.271.577MPa，是玻璃纤维的两倍，碳纤维的0.8倍。 芳纶纤维的断裂伸长率为3左右，接近玻璃纤维，比其他纤维高。 精选，芳纶和各种纤维的性能比较，精选，芳纶纤维的强度和模量高，密度低，因此该强化纤维具有高比强度和

10、比模量。各种增强纤维比强度比弹性模量、精选、芳纶纺纱浸泡于水中5min，后在21水中测定拉伸性能，几乎没有影响。 88水中的强度下降，强度保持率为21水中的85%。 水中强度保持率高：收缩率和膨胀率小，具有良好的耐应力裂纹性能，能长时间保持大的极限拉伸强度。 精选，芳纶既不熔融也不支燃，短时间暴露于300以上，对强度几乎没有影响。 即使在-170的低温下也不会变脆，可以维持性能。 芳纶纤维的热稳定性、芳纶纤维具有良好的热稳定性，耐火不溶，180度温度也能保持良好性能，达到487度也不溶，开始碳化。 与精选、芳纶纺丝和粗丝的热性能、精选、碳纤维一样，芳纶纤维的热膨胀系数具有各向异性的特征。 例如

11、，芳纶纤维纵向热膨胀系数为0100，-210-6/； 100200的话是-4106/。 横向热膨胀系数为5910-6/，精选，芳纶的湿强度与干强度大致相等。 对饱和水蒸气的稳定性比其他有机纤维好。 芳纶对紫外线很敏感。 如果长时间暴露在日光下，其强度损失很大，所以必须设置能屏蔽紫外光的保护层。 芳香族聚酰胺纤维的化学性能、芳香族聚酰胺纤维具有良好的耐介质性，对中性化学药品的抵抗力一般很强，但容易被各种酸碱侵蚀，特别容易被强酸侵蚀。 精选，KevIar纤维表面缺少化学活性基，用等离子空气或氯气处理纤维表面，就能在Kevlar纤维表面形成含氧或氮的官能基，提高表面活性和表面能，显着改善对树脂的润湿

12、性和反应性，提高界面粘合强度。 精选，芳纶在各种化学药品中的稳定性，精选，精选，10.3芳纶纤维的制造，两个阶段，第一阶段，对苯二胺和对苯二甲酰氯缩聚，成为对苯二甲酰胺的聚合物。 1 .聚对苯二甲酰胺的聚合、精选、第二阶段，将聚合物溶解在溶剂中纺丝，得到必要的纤维材料。 精选，简单流程，常选溶剂：六甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺等。 为了防止对苯二甲酸的水解，必须严格控制反应体系和溶剂中的水分量。 低温溶液缩聚法不能使用熔融缩聚法。 原因：聚对苯二甲酰胺是刚性链分子，阻碍分子链段的自由旋转，玻璃化转变温度和熔点温度高。 精选、低温溶液缩聚法可以得到特性粘度在5以上的聚合物，但生产效

13、率低。 溶剂(HMPA )有毒，气相缩聚法也发展了。 将对苯二胺和对氯化苯甲酰蒸汽保持在325，与加热至200的氯气混合，将反应器的温度保持在202250之间，反应后冷却后，可以分离得到聚合物，其特性粘度为3.1。 精选，2 .纺丝技术，从宏观性能来看液晶是液体，但从微观角度和光学角度研究，也有结晶的性质。 液晶是介于固体和液体之间的中间相物质。 液晶纺丝技术、液晶分类、近晶型、向列型、胆甾醇型、精选、近晶型、近晶型、棒状分子通过与分子的长轴方向垂直的强相互作用，相互平行地排列成层状结构，分子轴与层面垂直。 棒状分子只能在层内活动。 精选、向列型、向列型、棒状分子也平行排列，但长度不同，不论层

14、次，只有一维秩序性，因外力而产生流动时，棒状分子容易在流动方向上取向，在流动取向中能够相互穿过。 精选、胆甾型、胆甾型、棒状分子层平行排列，每个单层内的分子排列与向列型相似，相邻的两层分子长轴依次有规律地扭转一定的角度，分子长轴旋转360圈后恢复。 在精选、纺丝中适用向列型液晶。 该液晶分子溶液通过流动配向相，粘度比各向同性液体低。 聚合物PPTA在溶液中呈一定的取向状态，一维有秩序地排列，即在纤维中得到所希望的分子排列。在外界的作用下分子容易朝力的方向取向，是具有液晶性质的大分子有利于纤维化的理由。 精选，聚对苯二甲酰胺(PPTA )在100%硫酸中溶解，显示出液晶特性，显示出PPTA浓硫酸溶液的粘度-浓度的示意图，浓度增加，溶液粘度增大，达到极大值，浓度再次增加，粘度降低，溶液从各向同性变为各向异性达到液晶的最大浓度时，浓度进一步增加，溶液的粘度进一步上升。 PPTA溶液具有高浓度低粘度的特征，与浓度的关系：精选，温度上升液晶溶液的粘度会降低，但粘度下降到最低值后，温度再次上升粘度会大幅增加，同时溶液从各向异性状态变化为各向同性状态。 对纺织品必须选择适当的浓度和温度范围。 可纺区温度范围较窄，与温度的关系：精选，两种干混纺装置的示意图，高浓度、高温度的PPTA液晶溶液以高纺速度纺丝，纺丝进入温度低的凝固液浴，在凝固液浴中通过纺丝管在