碳纤维的种类及其制造工艺

碳纤维的种类及其制造工艺

碳纤维 （CF）是直径约5-10微米的纤维，主要由碳原子组成。

碳纤维有几个优点：

高刚度，

高拉伸强度，

低体重和

高耐化学性。

话虽如此，您可以快速区分碳纤维产品的质量，并更有效地掌握整个制造过程。

1.碳纤维的一般分类

A.基于拉伸模量

纤维的拉伸模量是对碳纤维进行分类的关键标准。

基本上，拉伸模量是“ 弹性模量 ”的缩写，它表示一定直径的纤维有多硬的度量，或者抗拉伸性，数值越大，纤维越硬。

B.基于拉伸模量的升序

按拉伸模量升序排列的其他分类包括“标准模量”，“中模量”，“高模量”和“超高模量”。

例如，超高模量碳纤维的拉伸模量为5亿至10亿kPa。相比之下，钢的拉伸模量约为2亿千帕。因此，最坚固的碳纤维比钢强约5倍  。

2.制造过程需要哪些原材料？

制造碳纤维的原料是前体。

A.聚丙烯腈

大约90％的碳纤维由聚丙烯腈制成。

B.人造丝或石油沥青

然后，其余的10％来自人造纤维或石油沥青。所有这些材料都是有机聚合物，其特征是由碳原子结合在一起的长分子分子。

C.气体和液体

在制造过程中，各种气体和液体都是必不可少的。

这些材料中的一些应与纤维反应以达到特定效果。但是，其他材料不需要与纤维发生反应或防止某些反应。

与前体一样，许多这些处理材料的确切组成是商业秘密。

3.碳纤维的制造工艺

碳纤维的制造过程部分是化学过程，部分是机械过程。

将前体拉成长条或纤维，然后加热至很高的温度，避免使其与氧气接触。

如果没有了氧气，纤维不能燃烧。相反，高温导致纤维中的原子剧烈振动，直到大部分非碳原子被排出。

这个过程是碳化过程  ，留下了由长且紧密互锁的碳原子链组成的纤维，仅剩下少量非碳原子。

在帖子的以下段落中，我们将向您介绍用于从聚丙烯腈形成碳纤维的典型操作顺序。

3.1旋转

1）将丙烯腈塑料粉末与另一种塑料（丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯）混合。

2）在常规的悬浮或溶液聚合方法中与催化剂反应形成聚丙烯腈塑料。

3）然后将塑料纺成纤维，然后洗涤并拉伸。

3.2稳定

1）碳化之前，需要对纤维进行化学改变，以将其线性原子键转换为更热稳定的梯形键。

2）通过将空气中的纤维加热到约200-300°C（390-590°F）30-120分钟来实现稳定化。

3.3碳化

1）稳定过程完成后，将纤维在装有不含氧气的气体混合物的熔炉中加热到约1,000-3,000°C（1,830-5,500°F）的温度几分钟。

2）保持炉内的气压高于外部气压，并密封纤维进入和离开炉的位置，以防止氧气进入。

3.4处理表面

碳化后，纤维的表面不能与环氧树脂和复合材料中使用的其他材料很好地粘合。为了使纤维具有更好的粘合性能，其表面会被轻微氧化。

3.5尺码

1）表面处理后，对纤维进行涂覆以保护其在缠绕或编织过程中不受损坏。此过程称为调整大小。

选择涂层材料以使其与用于形成复合材料的粘合剂相容。典型的涂料包括环氧树脂，聚酯，尼龙，氨基甲酸酯等。

2）将涂覆的纤维缠绕到称为线轴的圆柱上。将线轴装入纺纱机中，然后将纤维捻成各种尺寸的纱线。

这是有关碳纤维制造过程的基本信息，我们衷心希望它会有所帮助。如有任何疑问，请在下面留下您的评论。

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