市場(shì chǎng)上90%的碳纖維以聚丙烯腈為原料,剩下的10%則是人造絲或石油瀝青,它們有一個共同的特性,就是含碳量非常高。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維手機殼外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。在制造的過程(guò chéng)中,還會使用到一些氣體或液體,它們能與碳纖維發(fā)生反應(yīng)以達到特定的效果。本文以聚丙烯腈基碳纖維為例介紹一下它的制造流程(liú chéng)。
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紡絲 先將聚丙烯腈與其它樹脂混合,例如甲基丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯并加入一定的催化劑讓它們發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。
碳纖維復(fù)合材料此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達的國家(美國、德國、日本、韓國),對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進口,還受到發(fā)達國家的嚴格控制。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強度大,硬度高,遠超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。反應(yīng)結(jié)束后將它們用不同的方法紡成絲線。紡紗的時候也要加入特定的化學(xué)物品。 穩(wěn)定(wěn dìng) 在碳化之間先要穩(wěn)定一下它的化學(xué)性能(化學(xué)反應(yīng)的參數(shù)),這個步驟通過(tōng guò)加熱完成。將纖維在空氣中加熱30~120分鐘,溫度約200℃~300℃,使得原子鍵模式(pattern)重新排列,出去氧分子??此坪唵蔚倪^程(guò chéng)事實上很復(fù)雜,非常多因素都要精細控制(control)。 碳化和石墨化 碳化是將纖維加熱到1000℃左右,篩除里面的非碳原子,讓純度提高,石墨化則是加熱到2000℃左右,進一步提高碳原子的包含比重。最后纖維的含碳量能達到95%左右。 表面處理(chǔ lǐ) 石墨化后,纖維的表面不能很好與環(huán)氧樹脂或其它材料(Material)結(jié)合,所以還要經(jīng)過一些化學(xué)處理(chǔ lǐ),增加表面的粗糙度。為了防止纖維在編織或纏繞的過程中受損,還能在表面施膠,起保護作用。 制造完成后的碳纖維,需要經(jīng)過一定的質(zhì)量檢測,常見的纖維測試包括(bāo kuò)密度、強度、拉伸模量、施膠量、耐高溫程度以及其它。為了避免麻煩,在制造的時候各項數(shù)據(jù)(data)就要嚴格監(jiān)控,包括時間、溫度、氣流、和化學(xué)成分,使生產(chǎn)出來的產(chǎn)品(Product)質(zhì)量更好。另外,碳纖維粉塵(形態(tài):固體微粒)可能會引起皮膚過敏,吸入肺部的話沒有辦法排出,所以操作控制的時候一定要戴上護目鏡、手套、口罩,穿工作服。
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