碳纤维及其在领域中应用.pptx

会计学7.2CF分类(fēnlèi)按原丝类型(lèixíng)分类按碳纤维性能(xìngnéng)分类按碳纤维的功能(gōngnéng)分类按制造(zhìzào)条件和方法分类7.3CF的制造
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(duòxìng)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。
碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。原丝的选择条件：
强度高，杂质少，纤度(xiāndù)均匀，细旦化等。
基本条件：
加热时不熔融，可牵伸，且CF产率高。
常用的CF原丝：
聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、沥青纤维以粘胶纤维(zhānjiāoxiānwéi)为原料制造CF缺点：
粘胶中含有(hányǒu)大量的H、O原子，所以碳化理论收率仅55%，实际收率约20～30%；
粘胶基CF强度较低，性能平衡性差，弹性系数较大。
优点：
瞬间耐烧蚀性能好，可用作火箭的内衬材料。热处理过程：
①25～150℃，脱去粘胶纤维的吸附水(脱去物理吸附的水)
②150～240℃，纤维素环的脱水(脱去化学(huàxué)吸附的水)
③240～400℃，自由基反应，C—O键及C—C键断裂，放出H2O、CO、CO2等气体
④400℃以上，进行芳香化，放出H2
在整个处理过程中，为使CF性能优良，产率高，所以要求加热速度较慢，而且不同的过程中，加热速度也不同。以PAN为原丝制造(zhìzào)CF2)原丝的制备
a.聚合
加入共聚单体的目的：
①使原丝予氧化时既能加速大分子的环化，又能缓和纤维化学反应的激烈程度，使反应易于控制；
②并可大大提高予氧化及碳化的速度(sùdù)；
③有利于预氧化过程的牵伸。
共聚单体的种类：
在众多的共聚单体中，不饱和羧酸类：如甲基丙烯酸、丙烯酸、丁烯酸、顺丁烯二酸、甲基反丁烯酸等占有重要位置。b.纺丝
通常采用湿法纺丝，而不用干法纺丝？
（干纺生产的纤维中溶剂不易洗净。在予氧化及碳化过程将会由于残留溶剂的挥发或分解而造成纤维粘连及产生缺陷。）
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(shòurè)蒸发)→冷却、拉伸等原丝纺丝过程中水洗时间(shíjiān)与产品碳纤维性能之间关系近年来发展起来的纺制高强度和高取向度原丝的新方法(fāngfǎ)：干湿法纺丝干湿法纺丝的特点(tèdiǎn)：
喷丝孔孔径较大(0.1～0.3mm),可使高粘度纺丝液成纤；
可提高纺丝速度；
易得到高强度高取向的原丝，且原丝结构均匀致密；
强度比湿纺原丝提高50%以上。
高纯度：
原丝中所含各类杂质和缺陷将“遗传”给碳纤维。
可从以下(yǐxià)几方面采取措施：
原料的精密过滤
充分洗涤
无尘纺丝3)预氧化
在200~300℃下氧化气氛中（空气）受张力的情况下进行。
预氧化的目的：
使线型分子链转化成耐热梯形六元环结构，以使PAN纤维在高温碳化时不熔不燃，保持(bǎochí)纤维形态，从而得到高质量的CF。
予氧化过程的重要现象：
纤维颜色变化（白→黄→棕褐色→黑色）施加张力的作用：
限制纤维收缩，使环状结构(jiégòu)在较高温度下择优取向（相对纤维轴），可显著提高CF的模量。
预氧化过程中可能发生的反应：
环化反应
脱氢反应
吸氧反应环化反应(fǎnyìng)脱氢(tuōqīnɡ)反应吸氧反应(fǎnyìng)预氧化时间：
最佳预氧化时间要由条件实验评选，也可根据有关经验式进行计算。
对于常用的PAN原丝：
预氧化温度(wēndù)愈高，所需时间愈短；
纤度愈细，时间愈短；
共聚原丝所需预氧化时间要比均聚的短；
改变预氧化气氛(如空气中加入SO2等)可促进预氧化反应的进行，缩短预氧化时间。
此外，传热方法对预氧化时间也有影响。预氧化(yǎnghuà)程度：4）碳化
在400~1900℃的惰性气氛中进行。

施加张力？
不仅使纤维的取向度得到提高，而且使纤维致密化并避免大量(dàliàng)孔隙的产生，可制得结构较均匀的高性能碳纤维。碳化过程的技术关键(guānjiàn)：
非碳元素的各种气体(如CO2、CO、H2O、NH3、H2、HCN、N2)的瞬间排除。
如不及时排除，将造成纤维表面缺陷，甚至断裂。
解决措施：
一般采用减压方式进行碳化。5）石墨化
2500~3000℃
施加(shījiā)张力
保护气体（多使用高纯氩气Ar，也可采用高纯氦气He）
密封装置（水密封，水银密封，保护气体正压密封等）石墨化目的：
主要是引起(y