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碳纤维材料如何分类

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碳纤维材料如何分类

发布日期:2016-11-02 作者: 点击:

  碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、1K碳纤制作的管1K碳纤制作的管沥青基碳纤维、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(强度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。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。

  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(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)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。 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。美国发明了纺织沥青基碳纤维用的含有基金属中间相沥青,原丝经稳定化和碳化后,碳纤维的拉伸强度为3.5G帕,模量为252G帕;法国研制了耐热和高导电的中间相沥青基碳纤维;波兰开发了新型金属涂覆碳纤维的方法,例如涂覆铜的沥青基碳纤维是用混合法制成,先用铜盐与各向同性煤沥青混匀,进行离心纺丝,在空气中稳定化并在高温氢气中处理,得到合金铜的碳纤维。 世界沥青基碳纤维的生产能力较小,国内沥青基碳纤维的研究和开发较早,但在开发、生产及应用方面与国外相比有较大的差距。碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。

  通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主,逐渐发展为12K和24K,主要应用于国防军工和高技术,以及体育休闲用品,像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

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