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碳纤维的制备技术包括哪些要点?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-06-03  浏览次数:7013
核心提示:碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳......
碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化(预氧化)、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括,脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。  

从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化,碳化收率低,技术难度大、设备复杂,产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用;由沥青制取碳纤维,原料来源丰富,碳化收率高,但因原料调制复杂、产品性能较低,亦未得到大规模发展;由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维,其生产工艺较其它方法简单力学性能优良。 

高强高模碳纤维具有高比模量、高比强度、性能/功能可设计、良好的尺寸稳定性等优异特性,是卫星主次承力结构和高精高稳结构上不可替代的核心材料,也是碳纤维高性能化的发展趋势。

聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。 碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。

技术要点:

1、实现原丝高纯化、高强化、致密化以及表面光洁无暇是制备高性能碳纤维的首要任务。碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始,实现一条龙生产。原丝质量既决定了碳纤维的性质,又制约其生产成本。优质PAN原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件,这是多年经验的总结。

碳纤维制备

2、杂质缺陷最少化,这是提高碳纤维拉伸强度的根本措施,也是科技工作者研究的热门课题。在某种意义上说,提高强度的过程实质上就是减少、减小缺陷的过程。

3、在预氧化过程中,保证均质化的前提下,尽可能缩短预氧化时间。这是降低生产成本的方向性课题。

4、研究高温技术和高温设备以及相关的重要构件。高温炭化温度一般在1300~1800℃,石墨化一般在2500~3000℃。在如此高的温度下操作,既要连续运行、又要提高设备的使用寿命,所以研究新一代高温技术和高温设备就显得格外重要。如在惰性气体保护、无氧状态下进行的微波、等离子和感应加热等技术。

国内碳纤维行业也在全产业链布局上持续发力,碳纤维产业园、碳纤维产业基地等的建设,为碳纤维行业在创新集成、产业链完善等方面发挥了示范引领、典型带动作用,也为实现产业跃升奠定了基础。

业内人士指出,我国碳纤维行业要实现产业跃升,除了国家政策的支持,碳纤维企业自身首先必须具有全产业链且资金雄厚;其次要借鉴国外先进经验并不断提升自主创新能力,解决技术与应用瓶颈问题,研发高性能纤维制备、低成本自动化制造工艺;最后政府要支持和推动碳纤维产业链的建设,建立碳纤维复合材料产业集群。
 
关键词: 碳纤维 制备 技术
 
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