碳纤维的制备和分类[碳纤维布]

碳纤维(Carbon Fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高比强度、高比模量,耐高温,耐腐蚀,耐疲劳,抗蠕变,导电,传热,和热膨胀系数小等一系列优异性能的新型纤维材料。

按照生产碳纤维的原料不同将碳纤维分为两大类:1.人造纤维,如粘胶丝、人造棉、木质素纤维等;2.合成纤维,从石油等自然资源中提纯出来的原料,在经过处理后纺织成丝,如腈纶纤维,沥青基纤维,聚丙烯腈(PAN)基纤维等。目前实现了工业化制备工艺的只有以沥青基纤维、胶粘(纤维素)基纤维以及聚丙烯腈(PAN)基纤维三种。

以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维为例:

在一定的聚合条件下,丙烯腈(AN)在引发剂的自由基作用下,双键被打开,形成线型聚丙烯腈分子链。然后将合成的聚丙烯腈纺丝液经过湿法纺丝或干喷湿纺等工艺后得到PAN原丝,PAN原丝经过在预氧化炉中(200-300℃)预氧化后转入碳化炉中进行碳化处理,包括低温碳化(300-1000℃)和高温碳化(1000-1800℃),最后碳纤维经过表面处理和上浆,即可得到碳纤维产品。

目前碳纤维主要分为三种类型:粘胶(纤维素)基碳纤维、沥青基碳纤维以及聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。

1. 粘胶(纤维素)基碳纤维:制备成本高,目前产量不到世界碳纤维总量的1%,具有耐烧蚀的特性,因含碱金属、碱土金属离子较少,燃烧产生的钠光弱,雷达不易发现,常用于军事工业方面,尤其是火箭、导弹和航天飞机的鼻锥等,另外也可以作为刹车片、放射性同位素能源盒等。

2. 沥青基碳纤维:是日本群马大学的大谷杉郎在1965年研制成功,1970年日本吴羽化工公司的沥青基碳纤维上市,1975年美国联合碳化物公司开始生产高性能沥青基碳纤维,20世纪90年代,我国鞍山东亚精细化工有限公司引进200t沥青基碳纤维生产线,并于1995年投产。

3. 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维:由于PAN基碳纤维制备简单,原料来源丰富,成本低,成为目前全球产量最大的一种碳纤维。其力学性能优异,尤其是抗拉强度、弹性模量等是三种碳纤维中最好的,应用范围较广,建筑行业,航空航天领域,军工领域,以及体育用品等都能应用,在目前日常生活中也能接触到碳纤维制品,如碳纤维汽车,碳纤维自行车等都是PAN基碳纤维。

天安新材料有限公司全部采用聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝,并使用德国进口的设备生产高性能的碳纤维布和碳纤维板材,天安双向碳纤维布成型工艺是将碳纤维原丝通过编制成型,丝束种类包括3K、6K、12K,编制形式有平纹、斜纹以及足球纹,具体的规格参数如下图1所示。碳纤维板的生产工艺是碳纤维原丝浸渍树脂拉挤成型的复合材料,宽幅可以在2-30cm之间,厚度在1.2-4mm之间,具体规格参数如下图2所示。本公司制备的碳纤维产品主要应用于航空航天领域,建筑领域,军工领域等多方面,另外接受具有专门特殊性能要求和不同规格参数产品的定制,欢迎各位商谈合作。

图1. 天安双向碳纤维布产品的规格参数

图2. 天安碳纤维板的规格参数

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