25.原创 沥青基碳纤维性能与生产工艺基本原理
沥青基碳纤维生产工艺

沥青基碳纤维生产工艺沥青基碳纤维生产工艺简介•沥青基碳纤维是一种由沥青和碳纤维组成的复合材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
•生产工艺是制造沥青基碳纤维的关键步骤,决定着产品质量和性能。
原料准备•沥青:选择高质量的石油沥青,具有良好的黏度和流动性。
•碳纤维:选用优质的碳纤维,具有高强度、高模量和耐腐蚀性。
工艺步骤1.前处理•沥青预处理:通过高温加热、搅拌和过滤等步骤,去除沥青中的杂质和水分,提高沥青的纯度。
•碳纤维预处理:进行碳纤维表面的处理,以提高与沥青的黏附性和界面强度。
2.混合•将预处理后的沥青和碳纤维按一定比例混合,通过搅拌和加热使其均匀混合。
•控制混合温度和时间,保证混合效果和产品质量。
3.成型•将混合后的沥青基碳纤维料放入模具中,利用压力和温度进行成型。
•根据产品要求,可采用热压、热浸渍等成型方法。
4.固化•成型后的沥青基碳纤维制品需要进行固化以提高力学性能。
•通过加热和压力使沥青基碳纤维材料中的沥青分子互相交联,形成坚固的网络结构。
5.后处理•将固化后的沥青基碳纤维制品进行切割、修整等工艺步骤,使其达到指定的尺寸和形状。
•进行质量检验,排除可能存在的缺陷或不合格产品。
应用领域•沥青基碳纤维制品广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、能源等领域。
•具有优异的耐腐蚀性、低密度和高强度等特点,能够满足各种工程要求。
结论•沥青基碳纤维生产工艺是制造高性能沥青基碳纤维产品的关键环节。
•精细的原料准备、严格的工艺控制以及良好的后处理能够保证产品质量和性能的稳定性。
制定标准与监控•制定沥青基碳纤维生产工艺的标准,包括原料质量要求、工艺参数、生产环境等。
•建立监控系统,对生产过程中的关键参数进行实时监测和记录,确保生产过程的稳定性和一致性。
创新与发展趋势•随着技术的不断发展,沥青基碳纤维生产工艺也在不断创新。
•研究人员正在探索新的沥青基碳纤维制备方法,例如使用新型增强材料、改进混合工艺等。
•通过不断改进工艺流程和生产设备,提高沥青基碳纤维的生产效率和产品质量。
碳纤维沥青实验报告

一、实验目的1. 了解碳纤维沥青的制备工艺及原理。
2. 掌握碳纤维沥青的性能测试方法。
3. 分析碳纤维沥青的力学性能、导热性能等。
二、实验原理碳纤维沥青是一种新型复合材料,以碳纤维为增强体,沥青为基体。
碳纤维具有良好的力学性能、导热性能和电磁屏蔽性能,而沥青具有优良的粘结性和耐磨性。
通过将碳纤维与沥青复合,可制备出具有优异性能的碳纤维沥青复合材料。
三、实验材料与设备1. 实验材料:碳纤维、沥青、催化剂、溶剂等。
2. 实验设备:高速混合机、模具、真空干燥箱、拉伸试验机、导热系数测试仪等。
四、实验步骤1. 碳纤维沥青的制备(1)将碳纤维与沥青混合,加入催化剂,搅拌均匀。
(2)将混合物倒入模具中,进行真空干燥,使其凝固。
(3)将凝固后的碳纤维沥青复合材料进行热处理,使其碳化。
2. 性能测试(1)力学性能测试:使用拉伸试验机对碳纤维沥青复合材料进行拉伸试验,测定其拉伸强度、断裂伸长率等指标。
(2)导热性能测试:使用导热系数测试仪测定碳纤维沥青复合材料的导热系数。
(3)电磁屏蔽性能测试:使用电磁屏蔽性能测试仪测定碳纤维沥青复合材料的电磁屏蔽性能。
五、实验结果与分析1. 力学性能实验结果表明,碳纤维沥青复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均优于纯沥青。
这是因为碳纤维的加入提高了复合材料的力学性能。
2. 导热性能实验结果显示,碳纤维沥青复合材料的导热系数明显优于纯沥青。
这是因为碳纤维具有良好的导热性能,有助于提高复合材料的导热性能。
3. 电磁屏蔽性能实验结果表明,碳纤维沥青复合材料具有良好的电磁屏蔽性能。
这是因为碳纤维具有良好的导电性,能够有效地屏蔽电磁波。
六、实验结论1. 碳纤维沥青复合材料具有良好的力学性能、导热性能和电磁屏蔽性能。
2. 通过实验验证了碳纤维沥青复合材料的制备工艺和性能测试方法。
3. 碳纤维沥青复合材料在建筑、交通、电子等领域具有广阔的应用前景。
七、实验注意事项1. 实验过程中,应注意控制温度和时间,以保证碳纤维沥青复合材料的性能。
沥青碳纤维情况介绍

沥青基碳纤维1 定义沥青基碳纤维是指以沥青等富含稠环芳烃的物质为原料,通过聚合、纺丝、不熔化、碳化处理制备的一类碳纤维,按其性能的差异又分为通用级沥青碳纤维和高性能沥青碳纤维,前者由各向同性沥青制备,又称各向同性沥青级碳纤维,后者由中间相沥青出发制备,故又称为中间相沥青级碳纤维。
2 可纺沥青的调制2.1 沥青原料的前处理沥青是有机化合物经热处理形成的一种由不同分子量和烷基侧链构成的稠环芳烃混合物,主要由C、H元素组成,还含有少量O、N、S及一定灰份杂质,通常沥青含碳量在91%~95%,平均相对分子质量在400以上,具可塑性。
按其来源不同可分为煤焦油沥青、石油沥青和人工合成沥青(如PVC沥青,萘沥青等),前者是炼焦副产物煤焦油经热处理或蒸馏得到的重质馏分,主要含有稠环芳烃和杂环芳烃;石油沥青是由石油组分经热处理或蒸馏获得的残渣,主要含有芳烃和烷基取代芳烃化合物。
一种沥青是否适于制备碳纤维,取决于它的可纺性及转变为不熔化状态的能力,这在很大程度上依赖于沥青的化学组分及分子量分布。
适于作为碳纤维原料的沥青要求是:杂原子和灰分杂质含量低,碳含量高,具有一定的流变性能以满足纺丝的需求,具有较高的化学反应性以满足不熔化处理的需要。
然而,我们通常所用的沥青原料却难以满足以上要求,需在充分了解各种原料沥青分子化学结构和物理性能之间相互关系的基础上对不适合的沥青组份或分子群进行裁减或改性修饰,使之符合作为制备沥青基碳纤维原料的基本要求。
沥青中,特别是煤焦油沥青中常含有游离炭和固体杂质等一次QI,它们在纺丝过程中可能堵塞纺丝孔,细小颗粒残留在纤维中则是碳纤维的断裂源。
含一次QI的沥青也不易转化为流变性能好、各向异性发达的中间相沥青。
因此,无论是通用级沥青碳纤维还是中间相沥青碳纤维,原料沥青都必须精制以脱除其中的一次QI。
方法主要采用物理手段,如热溶过滤,离心分离,静置沉降分离,减压蒸馏,溶剂抽提等。
用苯或甲苯等溶剂抽提除去轻组份,改变原料的分子量分布,密集生成中间相的组份,利于中间相的转化;超临界抽提和旋转刮膜蒸发法是最近发展起来的两种新的沥青处理方法,具有高效、快速、使馏份分子量分布狭窄等特点。
沥青基碳纤维生产工艺

沥青基碳纤维生产工艺1. 引言沥青基碳纤维是一种新型复合材料,具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,在航空航天、汽车制造、建筑等领域有广泛的应用。
本文将介绍沥青基碳纤维的生产工艺,包括材料准备、纺丝、固化和表面处理等环节。
2. 材料准备沥青基碳纤维的生产主要使用石油沥青和碳纤维作为原材料。
首先,将石沥青进行熔化,使其成为可流动的液体。
然后,在特定的工艺条件下,将碳纤维与熔化的石沥青混合均匀,形成预浸料。
3. 纺丝纺丝是沥青基碳纤维生产的关键步骤。
预浸料通过纺丝机进行纺丝,将其转变为纤维状的形态。
纺丝机的工作原理类似于传统纺纱机,通过旋转的喷孔将预浸料喷射到高速旋转的收集器上,形成连续的纤维。
在纺丝过程中,需要控制纺丝机的温度、速度和拉伸力等参数,以确保纤维的质量和性能。
同时,还需要对纺丝后的纤维进行拉伸和定向,增强其强度和方向性。
4. 固化纺丝后的纤维需要进行固化,以使其具有更好的力学性能。
固化是通过加热和化学反应来实现的。
首先,将纺丝后的纤维放置在加热炉中,通过升温使石沥青固化。
在固化过程中,需要控制加热温度和时间,以确保纤维的固化程度和性能。
5. 表面处理固化后的沥青基碳纤维需要进行表面处理,以提高其表面性能和粘接性能。
表面处理可以采用化学处理或物理处理的方式。
化学处理主要是通过涂覆特定的化学物质或进行化学反应,改变纤维表面的化学性质。
例如,可以涂覆一层聚合物来增加纤维的粘接性。
物理处理主要是通过改变纤维表面的形貌和结构,提高其表面粗糙度和接触面积。
例如,可以进行喷砂处理或等离子处理。
6. 总结沥青基碳纤维的生产工艺包括材料准备、纺丝、固化和表面处理等环节。
通过合理控制各个环节的工艺参数,可以获得具有优异性能的沥青基碳纤维。
这些工艺对于沥青基碳纤维的生产和应用具有重要意义,有助于推动复合材料技术的发展。
以上就是沥青基碳纤维生产工艺的介绍,希望对您有所帮助。
参考文献: 1. Smith, J. D. (2018). Asphalt-based carbon fiber composites: Manufacturing and characterization. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 37(5), 289-298. 2. Xu, Z., & Li, Q. (2019). Research on Preparation and Application of Asphalt Carbon Fiber Composite Material. Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 7(4), 79-84.。
沥青基碳纤维工艺流程

沥青基碳纤维工艺流程## Asphalt Based Carbon Fiber Process.Introduction.Asphalt based carbon fiber (ACCF) is a type of carbon fiber that is made from asphalt. Asphalt is a black, sticky substance that is found in crude oil. It is composed of a mixture of hydrocarbons, and it is used in the production of asphalt pavement, roofing shingles, and other products.Process.The process of making ACCF is similar to the process of making other types of carbon fiber. First, the asphalt is heated to a high temperature. This causes the asphalt to decompose, and the hydrocarbons in the asphalt are converted into carbon atoms. The carbon atoms then form long, thin fibers. These fibers are then collected and spun into yarn.Properties.ACCF is a strong, lightweight material. It is also resistant to heat and chemicals. ACCF is a good conductor of electricity, and it is also a good thermal insulator.Applications.ACCF is used in a variety of applications, including:Aerospace.Automotive.Medical.Construction.Advantages.ACCF has a number of advantages over other types ofcarbon fiber. These advantages include:Low cost.High strength.Lightweight.Resistance to heat and chemicals.Good electrical conductivity.Good thermal insulation.Disadvantages.ACCF also has some disadvantages. These disadvantages include:Brittleness.Low modulus of elasticity.Poor fatigue resistance.Conclusion.ACCF is a promising new type of carbon fiber. It has a number of advantages over other types of carbon fiber, and it is expected to find use in a wide variety of applications.## 沥青基碳纤维工艺流程。
沥青基碳纤维生产工艺

沥青基碳纤维生产工艺沥青基碳纤维是一种结合了沥青和碳纤维的复合材料,具有优异的性能和广泛的应用前景。
其生产工艺经过多道工序,包括纤维制备、浸渍成型、固化和表面处理等步骤。
首先是纤维制备阶段。
碳纤维是沥青基碳纤维的核心材料,其性能直接影响着复合材料的性能。
碳纤维的制备一般采用聚丙烯腈(PAN)纤维为原料,通过一系列的工艺处理,如拉伸、炭化等,使其形成具有高强度和高模量的碳纤维。
这些碳纤维通常以纱线或布的形式存在,便于后续的工艺处理。
接下来是浸渍成型阶段。
在这一步骤中,将制备好的碳纤维与沥青基体进行混合。
沥青基体通常是石油沥青,其黏性和粘度可以通过温度控制来调节。
在工艺中,先将碳纤维浸泡在预热的沥青中,使其充分浸渍。
然后,将浸渍好的碳纤维进行成型,可以采用压缩成型或注塑成型等方式,使其形成所需的形状和尺寸。
在成型过程中,需要注意控制温度和压力,以确保复合材料的质量和性能。
固化是沥青基碳纤维生产工艺的关键步骤之一。
在浸渍成型后,复合材料需要进行固化,以使沥青基体与碳纤维形成紧密的结合。
固化一般通过热处理来完成,将成型好的复合材料置于高温下进行加热。
在加热的过程中,沥青基体中的挥发物会被释放出来,同时沥青分子会发生交联反应,形成网络结构。
这种网络结构可以增强复合材料的强度和硬度,提高其耐热性和耐腐蚀性。
最后是表面处理阶段。
表面处理是为了进一步提高沥青基碳纤维的性能和适应特定的应用环境。
常见的表面处理方法包括涂覆防腐剂、进行表面改性和进行表面修饰等。
涂覆防腐剂可以增加复合材料的耐腐蚀性,延长其使用寿命。
表面改性可以改善复合材料的界面相容性,提高其强度和韧性。
表面修饰可以使复合材料具有特殊的功能,如增加光学效应或电导性能等。
沥青基碳纤维的生产工艺经过多道工序,包括纤维制备、浸渍成型、固化和表面处理等步骤。
这些工艺步骤的合理控制和优化可以提高复合材料的性能和品质,使其在各个领域具有广泛的应用前景。
未来,随着科技的不断发展,沥青基碳纤维生产工艺也将不断进步和创新,为材料科学和工程技术的发展做出更大的贡献。
一种沥青基碳纤维的制备方法[发明专利]
![一种沥青基碳纤维的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a5947ce9a48da0116c175f0e7cd184254b351bbe.png)
(10)申请公布号 CN 102031593 A(43)申请公布日 2011.04.27C N 102031593 A*CN102031593A*(21)申请号 201010567314.1(22)申请日 2010.11.30D01F 9/145(2006.01)(71)申请人厦门大学地址361005 福建省厦门市思明南路422号(72)发明人刘安华 姚艳波 涂惠彬 舒欣夏文丽 董炎明(74)专利代理机构厦门南强之路专利事务所35200代理人马应森(54)发明名称一种沥青基碳纤维的制备方法(57)摘要一种沥青基碳纤维的制备方法,涉及碳纤维及其制造方法。
提供一种所制得的沥青基碳纤维的机械性能优异,且具有生产工艺简单、成本低、产品性能稳定等优点的沥青基碳纤维的制备方法。
将各向异性沥青与各向同性沥青在惰性气体保护下升温,在熔融状态下恒温机械搅拌,冷却得混合沥青原料,再放入熔融纺丝机喷丝料桶中,装入沥青碳纤维成型装置,在保护气下升温至熔融纺丝温度,在喷丝口处得原丝,再放在载样台上,放入高温炉,设置升温程序,进行氧化处理,结束后自然冷却,即得氧化纤维。
把经过交联处理过的氧化纤维放在载样台上,放入高温炉内,设置升温程序,通入惰性气体保护,开始碳化处理,结束后自然冷却,即得沥青基碳纤维。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页1.一种沥青基碳纤维的制备方法,其特征在于包括以下步骤:1)混合沥青原料的制备:将各向异性沥青与各向同性沥青在惰性气体保护下升温,在熔融状态下恒温机械搅拌,搅拌结束后冷却至室温,制得混合沥青原料;2)纺丝:将混合沥青原料放入熔融纺丝机喷丝料桶中,装入沥青碳纤维成型装置,在保护气下升温至熔融纺丝温度,然后在喷丝口处得原丝;3)原丝的不熔化过程:把原丝放在载样台上,放入高温炉中,设置升温程序,通入空气或氧气,进行氧化处理,结束后自然冷却,即得氧化纤维;4)氧化丝的碳化过程:把经过步骤3)交联处理过的氧化纤维放在载样台上,放入高温炉内,设置升温程序,通入惰性气体保护,开始碳化处理,结束后自然冷却,即得沥青基碳纤维。
碳纤维的生产工艺与原理

碳纤维的生产工艺与原理碳纤维,这个词听起来是不是就让你感觉高大上?说白了,它就像是材料界的“超人”,轻巧又强韧,简直是现代工业的宠儿。
那么,碳纤维是怎么来的呢?今天就让咱们一起轻松聊聊它的生产工艺和背后的原理,顺便带点幽默,看看这“超级英雄”是如何炼成的!1. 碳纤维的基本概念1.1 什么是碳纤维?说到碳纤维,首先得搞清楚这玩意儿到底是什么。
简单来说,碳纤维就是一种以碳为主要成分的纤维材料,听起来是不是很普通?但它可不简单!这家伙的强度比钢铁还要高,重量却轻得像羽毛,简直是“矮个子有大能量”的典范。
它广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等等,像是“万金油”一样,什么地方都能派上用场。
1.2 为什么要用碳纤维?那咱们再问一句,为啥大家都爱用碳纤维呢?这其中的秘密可不少!首先,它的强度高,能承受巨大的压力,轻轻一碰就能感受到它的韧性。
其次,它的耐腐蚀性也很强,就算是在海水里泡着也没事,简直是“水火不侵”的好材料。
而且,碳纤维的耐高温性也不错,能忍受很高的温度,不容易变形,这对于一些工业应用来说,可谓是大大增加了安全系数。
2. 碳纤维的生产工艺2.1 从原料到纤维好,接下来就让我们看看碳纤维是如何一步步“变身”的。
首先,生产碳纤维的主要原料是聚丙烯腈(PAN),别听这个名字吓人,其实它就是一种常见的塑料。
首先,把PAN纤维拉伸,变得更加紧密,这一步就像是“紧箍咒”,让分子间的距离变得更小。
然后,经过氧化、碳化等多个步骤,分子结构就开始发生变化,变得越来越“碳化”。
2.2 高温烘烤接下来就是重头戏了,纤维要经过高温烘烤。
你能想象吗?这些纤维被放进温度高达2000摄氏度的炉子里,简直是火焰山的感觉。
这个过程就像是给纤维来个“桑拿”,把多余的杂质挥发掉,留下的就是纯粹的碳。
最后,经过冷却和整理,这些看似普通的纤维,瞬间就摇身一变,成了我们熟知的碳纤维,简直是神奇得不得了!3. 碳纤维的应用3.1 航天领域的“无敌战舰”说到碳纤维的应用,咱们不得不提航天领域。
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原创 | 沥青基碳纤维性能与生产工艺基本原理很高兴有这样一个平台与大家进行交流,我今天介绍一些有关沥青碳纤维的知识,供大家参考和交流。
提到沥青碳纤维,大家会想到什么呢?我想可能会有这样一些关键词:便宜!性能差!难!我的回答是:这些都对但又不完全完全正确!一般来说,通用级沥青碳纤维比较便宜,但高性能沥青碳纤维却很贵!通用级沥青碳纤维的性能较低,但高性能沥青碳纤维具有超高的模量。
当然,制备两类沥青碳纤维的难度都很高。
今天我想谈两个方面,一是沥青碳纤维的制备,另一个是沥青碳纤维的应用。
沥青碳纤维与PAN碳纤维有很多共同之处,这方面我就不多说了,前面几位老师已经讲得非常好了。
这里,我就谈谈沥青碳纤维与PAN碳纤维不同之处。
先说说沥青碳纤维的制备吧,要制备沥青碳纤维首先得要有沥青吧,问题就出来了,你一定会问用什么沥青?什么样的沥青适合制备碳纤维呢?这个问题就是沥青碳纤维的第一个难点,其实我也很难准确的告诉你能制备沥青碳纤维的沥青是什么样的!为什么呢?这是因为沥青是一种以稠环芳烃为主混合物,有一些组分是不溶的,所以很难准确地测出它的分子量、分子量分布,更难准确地表征其分子结构,这一点就与PAN不同了。
那么怎么办呢?我们得想一些选择沥青的标准吧!通常,能制备碳纤维的沥青要满足以下几个要求:1、合适的黏度,在纺丝条件下黏度一般在10pa.s以下,并且比较稳定,随温度的波动不能有太大的变化;2、能够拉丝;3、灰分、杂质含量低;4、适当的氧化活性。
在这几个条件中,前3个条件主要影响纺丝过程,决定了沥青是不是能制备出纤维,第4个条件对后处理过程有很大影响。
了解了对沥青的基本要求后,下一步我们就可以着手制备沥青了,第二个问题出现了,用什么原料制备沥青呢?通常用3类原料,煤系、石油系和纯化合物系。
前两个原料通常是煤化工、石油化工的副产物,如:煤焦油、石油渣油等,纯化合物主要是萘和甲基萘。
好了,原料有了,下一步就是制备方法了。
沥青的制备的方法也与原料有关,不是所有原料都可以用一种方法的,以煤系和石油系为原料,通常采用热缩聚的方法,有时也会结合溶剂萃取工艺,有时也有采会用加氢工艺。
而以萘和甲基萘为原料主要采用催化法。
下面给大家看看制备沥青的几个工艺流程图:这是热缩聚工艺制备中间相沥青的工艺。
这是溶剂分离结合热处理的工艺。
上图是加氢处理工艺。
下面就简单介绍一些催化法。
催化法也有几种不同路线,催化剂主要有两类,一个是ALCl3体系,另一个是HF/BF3体系,这是日本持田勳教授在上世纪80年代开发的一种工艺。
目前国内两种工艺在使用。
前一种催化剂的优点是,简单,腐蚀性小,缺点是难以从沥青中完全除掉。
后一种催化剂的优点是催化效率高,产品性能好,催化剂易除去,缺点是催化剂腐蚀性太强,毒性大!很难处理!上图是催化法的工艺路线之一。
好了,沥青的制备就介绍到这里了。
上面谈了一下制备沥青的一些方法,通过上述方法可以制备出两种类型的沥青:各向同性沥青和各向异性沥青(也叫中间相沥青),由于沥青分子是以稠环芳烃结构为主,分子是呈片状结构,当片状结构尺寸足够大时,就会产生片层的堆积,形成液晶结构,这时就出现光学各向异性的特征,也就是形成了中间相。
相反,如果沥青分子的尺寸不够大,或者有较多的支链或烷基结构时,就不能形成液晶,表现为光学各向同性的特征,形成的是各向同性沥青。
下面给大家看看中间相沥青的结构模型,大家就会更清楚了。
上图形象的给出了中间相片层堆积的状态。
下面再给大家看一个图,这是我在实验室自己照的,这个图显示了中间相沥青的形成过程。
解释一下这个图,第一个照片是刚刚出现中间相小球,红色和黄色两点是中间相小球,其他部分是各向同性沥青(被称为母液),第二个图是长大了的中间相小球,随着反应时间的进行,母液中的各向同性沥青分子不断转化为中间相小球,中间相小球直接不断碰撞合并为大球,中间相小球就这样不断长大;第三个图是中间相小球长大到一定程度后,发生解体,形成整体中间相。
中间相沥青和各向同性沥青的结构不同,制备的碳纤维的性能也有很大差别,中间相沥青可制备出高性能沥青碳纤维,各向同性沥青只能制备出通用级沥青碳纤维。
有了沥青之后,就可以开始下一步了--纺丝。
这是把沥青变成沥青纤维的过程,原理很简单,大家都吃过拔丝苹果、拔丝红薯吧,知道这个丝是怎么拔出来的吗?关键是熬糖,把白糖或冰糖放在锅里小火熬化,等火候合适的时候把苹果或红薯放进去,翻一下就可以出锅了,这时的糖就可以拔出丝了。
沥青纺丝的原理也是一样的,首先要把沥青熔化,当沥青的黏度合适的时候就可拔丝了,也就可以纺丝了。
与PAN不同沥青的纺丝采用熔融纺丝工艺,原理图如下:这个图是我很多年前画的。
纺丝的关键控制因素是纺丝温度、压力和收丝速度,温度可以通过沥青的流变特性曲线确定,选择黏度较低而变化不大的温度区间(我们通常称之为可纺温间)。
纺丝压力和收丝速度对纤维的直径和纺丝的连续性有影响,可根据具体情况进行调节。
纺丝的另外一个重要因素是喷丝孔的结构,这是各个厂家的技术秘密。
这个图给出了不同喷丝板结构对碳纤维结构的影响,后面的两个电镜照片是我们实验室制备的。
通过纺丝得到了沥青纤维,沥青纤维的强度极低,记得我第一次在实验室看沥青纺丝时候,纺丝的老师示意我不要说话,当时不明白是什么意思,后来知道了,他是怕我说话时把沥青纤维吹断。
可见沥青纤维是多么脆弱。
可见,要把强度这么低的沥青纤维转变成高性能碳纤维是多么不容易呀!这就是制备沥青碳纤维的另一个难点所在!下一步就是沥青纤维的氧化、碳化和石墨化过程,这个过程与PAN碳纤维基本一致,只是氧化过程的反应会简单一些:氧化过程通过控制升温速度,最终温度,恒温时间,张力等几个因素来优化工艺条件。
氧化过程的反应机理大致如下:这是我们自己推导的反应模型。
接着就是碳化、石墨化过程,这与PAN碳纤维基本相似,这里就不多讲了。
下面我介绍一下沥青碳纤维的应用。
沥青碳纤维分为两类,一个是通用级碳纤维,一个是高性能碳纤维,两类碳纤维的性能不同应用领域也不同。
先介绍一下通用级沥青碳纤维,一般情况下,通用级沥青碳纤维的强度都小于1GPa,模量30~50GPa,生产厂家有:日本的吴羽化学、大阪瓦斯、日本石墨和中国的鞍山塞诺达等,产品形式为碳纤维毡(包括硬毡和软毡两类)、短切碳纤维和碳纤维粉等,应用领域包括高温炉的保温材料,高温密封材料,橡胶塑料的填料等;通过活化处理制成活性碳纤维可以由于水处理、空气净化等领域。
通用级沥青碳纤维通常不做成连续长丝,生产的难点相对低一些。
高性能沥青碳纤维是由中间相沥青制备的,通常要制备成连续长丝,因而难点极高。
目前有美国的cytec公司、日本的三菱和日本石墨等几家公司能够生产高性能沥青碳纤维(中间相沥青碳纤维)。
也只有这三家公司能生产中间相沥青碳纤维。
我国也建成了一条中试生产线,目前正处在试生产阶段。
下面介绍一下中间相沥青碳纤维的基本性能吧。
美国Cytec公司生产Thornel系列中间相沥青基碳纤维产品,其中最著名的是ThornelK1100为高导热型碳纤维,其主要性能为:拉伸强度3100MPa、拉伸模量965GPa、密度2.20g/cm3,导热系数为900-1000W/mK。
这个数据是几年前从Cytec公司网站上查到的,大约在两年前,Cytec公司从网站上删除了有关K1100的数据。
日本三菱化学公司产品商标为DIALEAD,生产2K、10K、12K系列连续长丝产品和短切纤维产品,2K产品中的牌号K113D2U的纤维的主要性能为:拉伸强度3700MPa、拉伸模量935GPa、断裂伸长为0.4%、密度2.2g/cm3、导热系数为800W/MK、纤维直径为11um。
日本石墨纤维公司产品包括Granoc YSH-A系列高模、高压缩强度碳纤维,纤维直为7μ,Granoc CN系列高模产品,直径为10μ,Granoc XN系列低模高应变碳纤维,直径为10μ, Granoc YS-A系列超高模沥青基碳纤维等,此外还生产Granoc短切纤维、 Granoc 预浸料和 Granoc 碳布包括供航天工业使用的超轻超薄碳布等。
其中,YS-95A的主要性能为:拉伸强度3530MPa、拉伸模量900GPa、断裂伸长为0.3%、密度2.19g/cm3,导热系数为600W/mK,产品的规格有1.5K、3K、6K等。
中间相沥青碳纤维的应用与其性能有密切关系。
下面介绍一下中间相沥青碳纤维的两个主要应用领域。
在工业上的应用:利用了中间相沥青碳纤维的以下几个特点:1、轻质高刚度(light weight and high stiffness);2、低变形(low deflection);3、低震动(low vibration);3、热稳定(零热膨胀系数)(thermal stability,Zero CET)。
具体应用有:大尺寸罗拉、机械臂、驱动轴、建筑工程、钓鱼竿、自行车等。
在卫星上的应用:利用了中间相沥青碳纤维的以下几个特点:1、轻质高刚度(thermal stability,(light weight and high stiffness)2、热稳定(零热膨胀系数)Zero CET);3、高热导率(high thermal conductivity)。
应用的方面有,天线/反射器、太阳能电池阵列、光学仪器底座(optical bench)、热管理材料等。
中间相沥青碳纤维还有一个非常重要应用领域,不适合在这里讲,就不介绍了。
概括一下,中间相沥青碳纤维的应用包括以下几个方面:可用于各种航天器,如固体火箭发动机壳体;航天飞机主结构件如方向舵、机翼前缘、副翼和襟翼、卫星天线外板、天线反射器、天线塔、圆锥形支撑管、太阳能电池帆板等制件;哈博太空望远镜增益天线的波导管支架等等。
今天就介绍这么多,谢谢大家!。