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碳纤维按原料来源可分为 聚丙烯腈基碳纤维、,

来源:http://www.qd-haiyu.com 作者:澳门金莎娱乐网站-官方首页 时间:2019-11-25 16:02

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1、简要历史

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碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维;按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型。

碳纤维的起源可以追溯到1860年,英国人瑟夫·斯旺最早用碳丝制造电灯泡的灯丝,后来美国人爱迪生做出了实用的白炽灯碳灯丝,不过由于1910年库里奇发明了拉制钨丝的方法,灯丝全面改用钨丝,早期的碳纤维研究被打入冷宫。

碳纤维最初展现在19世纪末,托马斯·爱迪生和约瑟夫·天鹅用木棉和竹子烧制而成的。

工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈基碳纤维 、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类,但主要生产前两种碳纤维。由粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化,碳化收率低,技术难度大,设备复杂,原料丰富碳化收率高,但因原料调制复杂、产品性能较低,亦未得到大规模发展;由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维,其生产工艺较其他方法简单,产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。

碳纤维的分类:

20世纪50年代以后,为了解决导弹喷管和弹头耐高温和耐腐蚀等问题,美国研制出粘胶基碳纤维,碳纤维又一次登上历史舞台。

1879年爱迪生曾用纤维素纤维,如竹、亚麻或棉纱为原料,首先制得炭纤维并获得专利,但当时制得的纤维力学性能很低,工艺也不能工业化,未能获得发展。

碳纤维的工艺流程:

碳纤维按原料来源可分为 聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维;按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型和高模型。强度大于4000兆帕的又称为超高强型;模量大于450G帕的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高伸型碳纤维,其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。 [7] 市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开,人们还不能直接用碳或石墨来制取,只能采用一些含碳的有机纤维为原料,将 有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。

1959年日本人近藤昭男发明了聚丙烯腈基碳纤维,聚丙烯腈基碳纤维具有生产工艺成熟、综合性能好和生产成本较低的优势,产量占碳纤维全部产量的90%以上。今天我们说的碳纤维,不指明的话一般指PAN基碳纤维。

国内碳纤维发展历史

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。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。

1、PAN基碳

2、成分结构

1、1962年,中科院长春应用化学所成立以李仍元为组长的“聚丙烯腈基碳纤维的研制”课题组,开展大量的基础研究。

从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸 石墨化,碳化收率低,技术难度大、设备复杂,产品主要为耐烧蚀材料及 隔热材料所用;由沥青制取碳纤维,原料来源丰富,碳化收率高,但因原料调制复杂、产品性能较低,亦未得到大规模发展;由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维,其生产工艺较其它方法简单力学性能优良,自20世纪60年代后在碳纤维工业发展良好。

PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程:首先通过 丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺加工成被称为“母体“的聚丙烯腈纤维或原丝, 将这些原丝放入氧化炉中在200到300℃进行氧化,还要在碳化炉中,在温度为1000到2000℃下进行碳化等工序制成碳纤维。

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨,是乱层石墨结构。

2、1970年代初,中科院化学所为了满足国家国防需要,在高分子物理研究室和特种高分子材料研究室抽调部分研究人员成立803和804组,此后在两组的基础上在组建了高分子复合材料物理研究室;重点研究“碳纤维连续化制备”和“缩短碳纤维制备周期研究”并取得“四氯化锡”催化等成果。

聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。

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