碳纤维的预氧化温度是多少？
第三四讲-碳纤维
石墨的六方晶体结构
碳 纤 维 最 基 本 的 结 构 单 元
碳 纤 维 的 二 级 结 构 单 元
石墨层片的缺陷及边缘碳原子 石墨微晶 原纤维
碳 纤 维 的 三 级 结 构 单 元
碳 纤 维 单 丝
碳纤维的结构
• • • • • 条带模型 微原纤结构模型 皮芯结构 三维结构模型 葱皮结构
碳纤维结构的条带模型
目前来说，用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维，它是由 PNA原丝经一系列过程制备而成。
PAN原丝制备碳纤维的过程分为三个阶段：
一、预氧化 在 200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下进 行。
二、碳化
在400℃～1900℃的惰性气氛中进行，碳纤维生成的主 要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改变了原PAN 纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％~45％，含碳量 95%左右。
湿法：
纺丝原液→喷丝头→凝固浴(溶剂的水溶液)→水洗、拉伸等
干法：
纺丝原液→喷丝头→纺丝甬道(热空气，溶剂在此受热蒸发) →冷却、拉伸等
原丝纺丝过程中水洗时间与产品碳纤维性能之间关系
水洗时间（s） 3
残留溶剂（％）
6
10
12
27
4.46 3.33 91.7
1.10 1.0
2.93 3.82 107
弹理 性温 模度 量与纤 的强维 关度热 系和处
PAN
碳纤维(CF)制备方法具体介绍
碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤
维为原料，采用间接方法来制造。
碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过
渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中 就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)， 元素碳在高温下不会熔融，但在3800K以上的高温时不经液 相，直接升华，所以不能熔纺。
碳纤维生产工艺中预氧化的作用
碳纤维生产工艺中预氧化的作用碳纤维是一种高强度、低密度的材料，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
而碳纤维的生产工艺中，预氧化是一个非常重要的环节。
1. 定义预氧化预氧化是指在将聚丙烯腈纤维转化为碳纤维之前，将其暴露于氧气中进行热处理的过程。
预氧化一般在600℃左右进行，时间从几小时到几十小时不等。
在这个过程中，聚丙烯腈纤维中的神经纤维和其它有机物质逐渐被氧化，产生较高的氧化度，形成碳化物的前驱体。
2. 预氧化的作用（1）协助纤维成形预氧化过程中纤维的物理结构会发生变化，使得纤维变得更加坚硬、强韧。
这样，纤维就可以在后续的生产工艺中更好地吸收树脂材料，形成更加均匀的碳纤维。
（2）产生碳化物前驱体预氧化过程中氧气的介入，促使有机物质逐渐被氧化，生成有机气体和半碳酸，然后再通过分解，形成碳化物的前驱体。
这些碳化物的前驱体是后续制备高性能碳材料的重要原料。
（3）改善纤维内部结构预氧化可以改善纤维内部的结构，使得纤维中的晶化结构更加有序，形成更强的纤维结构。
这样，碳纤维的强度和韧性就得到了明显的提升，使得其在使用过程中更加耐久。
3. 预氧化过程的控制预氧化过程需要严格控制氧气浓度、预氧化时间、预氧化温度以及升降温速率等因素。
特别是温度和时间的控制必须非常准确，否则就会造成纤维内部质量不均匀、结构松散等问题。
4. 总结预氧化在碳纤维生产工艺中起着非常重要的作用，其能够改善纤维内部结构、促进半碳酸的形成、协助光滑的纤维成形等等。
而为了获得最终优质的碳纤维，需要通过严格的控制预氧化过程来确保纤维结构的完整性和均匀性。
碳纤维预浸布常温固化
碳纤维预浸布的常温固化涉及到将预先浸渍了树脂的碳纤维布料在制品成型前进行烘干或固化的过程。
具体的固化方法因所使用的树脂和加工工艺而有所不同。
一种常见的常温固化方法是利用紫外线照射浸渍了光敏树脂的碳纤维预浸布材料，以实现树脂的固化。
这种方法的固化速度快、周期短、对成品性能影响小，但需要设备投入较高，且受紫外线控制时间和环境因素的影响，可能会导致固化不完全的问题。
另外，碳纤维预浸布的固化温度是有高低之分的。
低温固化一般为60-80℃，中温固化一般为120-130℃，高温固化一般为150℃以上。
碳纤维预浸布的固化不仅有温度的高低，同时还有时间的长短。
例如，日本三菱化学推出的60秒快速固化碳纤维预浸料，主要用在汽车领域。
而日本新能源产业技术综合开发机构NEDO还开发出一种可快速固化的碳纤维增强预浸料片材，可在30秒内固化，是目前世界上最短时间，同时可以在室温下储存。
碳纤维预氧化过程
碳纤维预氧化过程
碳纤维预氧化过程是碳纤维生产过程中的一个关键步骤，该过程主要发生在原丝（如聚丙烯腈，简称PAN）转化为碳纤维的中间阶段。
预氧化处理是通过将原丝在特定条件下进行化学处理，使其形成具有耐热性结构的预氧化纤维。
这一过程为后续的碳化过程奠定了基础，并决定了最终碳纤维的质量和性能。
预氧化过程通常涉及以下几个关键步骤：
1. 原丝准备：首先，原丝需要经过拉伸和排列，以提高其结晶度和分子取向度，这是后续预氧化过程顺利进行的前提。
2. 预氧化处理：原丝随后被送入氧化炉中，在控制的温度和氧化性气氛中进行处理。
这个过程一般需要数小时，温度范围通常在200°C至300°C之间。
在氧化过程中，原丝中的非碳元素（如氢、氮、氧）逐渐挥发掉，同时形成耐热的梯形结构，这有助于提高纤维的耐热性和抗燃性。
3. 冷却固化：完成预氧化处理后，纤维需要经过冷却固化，以稳定新的梯形结构，并确保纤维具备足够的机械强
度，以支撑后续的碳化过程。
预氧化过程的质量直接关系到最终碳纤维的性能，因此对预氧化过程的控制非常严格。
预氧化程度不足可能导致碳纤维的力学性能和耐热性不足，而预氧化过度又可能造成纤维结构的损害，影响碳纤维的质量。
碳纤维预氧化过程的技术难点主要在于如何实现均匀、稳定的氧化处理，以及如何在保证效率的同时，减少能耗和成本。
随着技术的发展，研究人员正在探索更高效、更环保的预氧化技术路径，以推动碳纤维产业的可持续发展。
碳纤维工艺简介
碳纤维工艺简介1 概要所谓碳纤维是指碳的重量含量占90%以上的纤维状碳材料。
由于碳在各种溶剂中不溶解，在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，碳在高温时也不会熔融。
只有在10MPa、3000K以上高温条件下，才不经液相直接升华。
所以不能通过常规熔融纺丝和溶液纺丝的方法来制备碳纤维。
一般通过有机纤维有在惰性气体中高温碳化而制得。
有机化合物在惰性气体中加热到1000——3000℃时，所有非碳原子将逐步被驱除，碳含量逐步增加，固相间发生一系列脱氢、环化、交联和缩聚等化学反应，最终形成了碳纤维。
制造碳纤维所用的有机纤维应具有含碳量高、强度大、工艺性能好、在转化成碳纤维过程中不熔化等特点。
根据碳纤维的性能与用途，一般有三种分类方法：1)按照所采用的原料不同，可分为聚丙烯睛(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛树脂基碳纤维、聚酞亚胺基碳纤维、其他有机纤维基碳纤维等。
目前各国生产的高强度、高模量的碳纤维所用原丝主要以PAN纤维为主。
2)按照制造条件和方法的不同，可分为碳纤维、石墨纤维、氧化纤维、活性碳纤维、气相生长碳纤维等。
3)按力学性能分类，可分为通用级碳纤维和高性能碳纤维，其中高性能碳纤维又细分为中强型、高强型、中模型、高模型、超高模型。
2 聚丙烯腈基碳纤维的原料丝PAN原丝BASF的新的PAN原丝生产工艺是在52℃，一个大气压下用氧化还原性催化剂，在无离子水中进行连续悬浮聚合制得丙烯腈，甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的共聚体。
产物从反应器中连续排出，未反应单体和部分水被从产物中分离，经冷凝后回反应器。
脱气后的产物浆液经真空过滤后水洗，生成含水50WT%的料块。
湿料块先与少量的表面活性剂和润滑剂混合，然后挤压成1/8英寸的粒子，再干燥到含水2wt%。
之后再喷洒乙腈水溶液增塑成可熔融挤出的塑料粒子。
最终的复合粒子含聚合物72.7wt%，丙酮腈13.9wt%和水13.4wt%。
含有增塑剂、表面活性剂和润滑剂的复合聚合物粒子在174℃的电加热挤压机中均匀熔融，熔体经过组件的过滤，从孔径为55m的6000孔喷丝板挤出，再牵伸至单丝纤度为9旦的共6K丝束，再经上油以抗凝结和抗静电，干燥以去除丙烯腈和水。
碳纤维分解产物
碳纤维分解产物
碳纤维是一种高性能、高强度的新型纤维材料，其主要成分是碳。
在正常环境下，碳纤维非常稳定，不会发生分解。
但在高温或者极端条件下，碳纤维可能会分解并产生一些气体和其他物质。
1. 高温下的分解：在极高温度下 如超过2000℃），碳纤维可能开始分解，生成碳蒸气或者一氧化碳等气体。
这种分解通常只在特殊环境，如宇宙飞船再入大气层时遇到的高温情况下可能发生。
2. 氧化分解：在氧气充足的环境下，碳纤维可以被氧化为二氧化碳或一氧化碳。
例如，在火灾中，碳纤维增强复合材料中的碳纤维就可能被氧化。
3. 化学反应分解：在某些化学反应中，碳纤维也可能被分解。
例如，强酸或强碱可以与碳纤维反应，产生相应的盐和气体。
碳纤维在正常使用和处理条件下是非常稳定的，不会产生有害的分解产物。
然而，在极端条件下，如高温、火灾或强化学反应中，碳纤维可能会分解，生成一些有害气体。
因此，在处理和使用碳纤维产品时，应避免这些极端条件，以确保安全。
碳纤维织物生产工艺流程
碳纤维织物生产工艺流程1.引言1.1 概述碳纤维织物作为一种先进的材料，具有许多出色的性能特点，如轻质、高强度、耐腐蚀、导电等，因此在航空航天、汽车制造、体育用品等领域有着广泛的应用。
碳纤维织物的生产工艺流程对于确保产品质量和性能至关重要。
碳纤维织物的生产工艺流程，主要包括原料准备、纺丝、预氧化、炭化、加工等几个主要步骤。
在整个生产过程中，需要严格控制每个环节的工艺参数，以确保最终产品符合设计要求。
首先，原料准备是碳纤维织物生产工艺流程的第一步。
生产碳纤维织物所需的主要原料是聚丙烯腈纤维，这是一种合成纤维，具有较高的碳含量和良好的纤维性能。
在原料准备阶段，需要选择优质的聚丙烯腈纤维，并对其进行预处理，以提高纤维的柔软性和可纺性。
接下来是纺丝过程。
纺丝是将聚丙烯腈纤维加工成纱线的过程。
纺丝过程可以采用干法纺丝或湿法纺丝两种方式。
干法纺丝是将预处理后的聚丙烯腈纤维通过高温加热软化，然后由纺纱机器拉伸成纤维。
湿法纺丝则是将纺丝前的纤维浸泡在溶液中，通过旋转离心机除去多余的溶液，然后进行拉伸。
在纺丝之后，需要对纱线进行预氧化处理。
预氧化是为了消除纱线中的杂质和纤维内部的应力，提高碳化过程中纤维的均匀性。
预氧化通常在高温下进行，并且需要控制氧气和温度的浓度，以确保纤维的预氧化效果。
完成预氧化后，纤维进行炭化处理。
炭化是将预氧化后的纤维高温处理，以使其转变为纯碳纤维。
在炭化过程中，需要选择合适的温度和炭化时间，并且采用适当的保护气氛，以确保纤维的化学成分和结构得到良好的控制。
最后，经过炭化的纤维会进行加工，包括织造、编织等工艺，形成最终的碳纤维织物。
在加工过程中，需要考虑纤维的方向性、密度等参数，以确保织物的性能和外观质量。
总之，碳纤维织物的生产工艺流程是一个复杂而精细的过程。
通过合理控制每个环节的工艺参数，可以获得具有优异性能的碳纤维织物产品。
随着对碳纤维织物需求的不断增加，生产工艺的不断改进和优化将会进一步推动碳纤维织物的应用领域的扩大和深化。
碳纤维生产工序介绍
纱架放丝岗:在恒温恒湿张力平稳的条件下把原丝舒展开送入下一道工序氧化炉。
安全注意防止平台跌伤。
加湿器的主要作用是除静电、减少丝束间差异。
“雾化”“喷淋”的形式，现在停用主要原因是原丝的油剂遇水黏连辊子。
氧化炉为碳化做准备。
预氧化过程的目的是是热塑性的PAN线性大分子链转化为非塑性耐热梯形结构，使其在碳化高温下不熔不燃，保持纤维形态，最后转化为乱层石墨结构的碳纤维。
四个温区温度为236/242/248/248，上七层下八层共三十层，有效温区长度15米。
炉内要求温度均一性，风速均一性。
形成温度梯度，由低温到高温逐步氧化，若温度高，氧化太快，纤维皮层很快形成致密的皮芯结构，阻挡氧向内部结构扩散。
送风和排风系统主要的3个作用：1、提供预氧化反应所需的氧。
2、带走反应热和热解产物。
3、使炉内温度均匀。
驱动牵伸可以保持原丝取向度，调节线密度。
低温碳化炉低温碳化炉4个温区，加热元件热电偶，升温速率为50℃/H，2#温区两侧位排废口，废气排放口也是废气产生最多的地方。
炉温在400—1000℃在这个阶段预氧丝发生剧烈的变化，约有30%~40%的质量热解逸走，600度以前释放速率较大，预氧丝中结合的氧以CO、CO2和H2O的形式逸走，同时释放大量的HCN和NH3约占70%。
另外30%在高温段挥发出去，主要是HCN和N2，是小的碳环缩聚成大的产物。
主要控制要点有温度梯度、碳化时间、气体流动、碳化牵伸。
炉内保持微正压。
高温碳化炉最高温度1800℃，两端进出口氮气密封，炉内保持微正压。
六个温区，加热元件为石墨马弗管。
炉口两端非接触迷宫密封装置，氮气（纯度99.9998%）不直进直出要走迷宫，入口处设置氮气预热器，出口段设置氮气冷却、冷却水系统。
冷却水由3台冷却水泵提供，两台电动一开一备自动切换，一台柴油泵紧急情况使用。
排放的废气主要有含氧小分子、HCN及焦油、N2进入DFTO焚烧处理。
后处理阳极电解氧化法，该方法的特点是处理时间短。
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碳纤维的预氧化温度是多少？
碳纤维的预氧化温度是多少？合肥日新高温技术有限公司为您解答。
碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
空气加热维持200-300度数至数百种预氧化使聚丙烯腈线型链转化耐热梯型结构使其高温碳化熔燃保持纤维状态。
碳纤维种纤维状碳材料种强度比钢、密度比铝、比锈钢耐腐蚀、比耐热钢耐高温、能像铜导电具许宝贵电、热力性能新型材料用碳纤维与塑料制复合材料所做飞机轻巧且消耗力少推力噪音；用碳纤维制电计算机磁盘能提高计算机储存量运算速度；用碳纤维增强塑料制造卫星火箭等宇宙飞行器机械强度高质量节约量燃料。
目前能直接用碳或石墨抽碳纤维能采用些含碳机纤维（尼龙丝、腈纶丝、造丝等）做原料机纤维跟塑料树脂结合起放稀气体气氛定压强强热炭化。
碳纤维纤维状碳材料其化组含碳量90%由于碳单质高温能熔化（3800K升
华）各种溶剂都溶解所迄今用碳单质制碳纤维。
A预氧化：空气加热维持200-300度数十至数百钟预氧化目使聚丙烯腈线型链转化耐热梯型结构使其高温碳化熔燃保持纤维状态
B碳化：惰性气氛加热至1200-1600度维持数至数十钟产品碳纤维；所用惰性气体高纯氮气、氩气或氦气般用高纯氮气
C石墨化：再惰性气氛（般高纯氩气）加热至2000-3000度维持数秒至数十秒钟；碳纤维称石墨纤维
日新高温RTXW系列预氧化炉专门设计应用于高性能碳纤维（粘胶基碳纤维、沥青基碳纤维、PAN基碳纤维）材料在350℃以下的热处理之用。
碳纤维预氧化炉采用循环热空气加热方式，由多个热处理腔串并联形成一定的温度梯度系统。
热风循环系统和热处理腔一体化设计，设备体积小，温度均匀性好，热处理效率高。
独特的风路分配结构和整流装置，先进的回风道设计使热处理腔的氧含量充分，温度均匀性好，实现了整个丝束一致的氧化密度。
合肥日新高温技术有限公司成立之初，就确定了依托技术开拓市场空间的经营策略，在秉承传统工艺的基础上，不断引进新技术，消化再吸收新工艺，持续发展，开拓创新。
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