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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。
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。
原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。
碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、 表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。
pan基碳纤维的制备
聚丙.烯腈碳纤维是以聚丙烯.腈纤维为原料制成的碳纤维,主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯.腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率,工业上常采用共聚聚丙烯.腈纤维为原料。对原料的要求是:杂质、缺陷少;细度均匀,并越细越好;强度高,毛丝少;纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好,通常大于80%;热转化性能好。
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。
制备方式
工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯.腈(pan)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。
工艺流程
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(预氧化)、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。
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