碳(C)纖維是一種耐高溫、抗拉強(qiáng)度(strength)高、彈性模量大、質(zhì)輕的先進(jìn)復(fù)合材料(Material)常用增強(qiáng)體。它一般采用有機(jī)纖維先驅(qū)體進(jìn)行穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒(méi)有變動(dòng))化處理(chǔ lǐ),再在1000℃以上高溫和惰性保護(hù)氛圍下碳化,成為具有六元環(huán)碳結(jié)構(gòu)的碳纖維。這樣的碳纖維強(qiáng)度很高但還不是完整的石墨(化學(xué)式C )結(jié)構(gòu),需要進(jìn)一步在保護(hù)氣氛下經(jīng)過(guò)2800℃-3000℃處理,就可以提高結(jié)構(gòu)的規(guī)整性,晶粒長(zhǎng)大為石墨纖維,此時(shí)纖維的彈性模量進(jìn)一步提高。下面來(lái)和大家詳細(xì)(xiáng xì)講一下制造碳纖維的五個(gè)階段。
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1、拉絲。
碳纖維復(fù)合材料在復(fù)合材料大家族中,纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹脂復(fù)合的玻璃鋼問(wèn)世以來(lái),碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功,性能不斷得到改進(jìn),使其復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。下面讓我們來(lái)了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。拉絲主要可以用三種方法,濕法、干法或是熔融狀態(tài)。 2、牽伸。牽伸的溫度(temperature)在100℃~300℃左右,碳(C)纖維的碳纖維多少在這個(gè)步驟(procedure)中是關(guān)鍵(解釋:比喻事物的重要組成部分)。 3、預(yù)氧(Oxygen)化。預(yù)氧化(oxidation)的溫度為400℃,它讓分子內(nèi)部形成氫(Hydrogen)健,提高熱穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒(méi)有變動(dòng))性。 4、碳化。碳化的溫度要高一些,在1000℃~2000℃之間,目的是出去纖維中的其它雜質(zhì),讓碳原子(化學(xué)式:C) 的包含比重更高。一般在稀有氣體(noble gases)中進(jìn)行。 5、石墨(化學(xué)式C )化。石墨(化學(xué)式C )化的溫度要更高些,在2000℃~3000℃左右,進(jìn)一步篩除纖維中的雜質(zhì),并讓它轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 上面就是碳纖維制造的五個(gè)主要階段了。碳纖維的比重在
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1. 5~2.Og/cm3之間,重量很輕,熱膨脹(inflate)系數(shù)具有各向異性特性,平行纖維方向是負(fù)值(負(fù)數(shù))-0.72^-0.90X6,而垂直于纖維方向是正值32X22X6,比熱一般為7.12X1KJ。碳纖維復(fù)合材料主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小,因此有很高的比強(qiáng)度。
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(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)超過(guò)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。也正是因?yàn)槿绱耍饲笆澜缟咸祭w維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家(美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)),對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。它的化學(xué)性能(化學(xué)反應(yīng)的參數(shù))、熱性能穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒(méi)有變動(dòng))、強(qiáng)度(strength)高、彈性模量大,性能非常優(yōu)越。聚丙烯腈基碳(C)纖維的制造方法
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