什么是碳纤维?碳纤维有哪些分类?

Question

如题所述

Answer 1

碳纤维制品可谓是广泛的分布在我们的生活中，碳纤维是我们制造很多日常用品的很好的材料。那么，什么是碳纤维呢，碳纤维有哪些特点呢，碳纤维跟其他普通的材料相比，有哪些优点呢。其实，碳纤维是有很多种类的，那么，碳纤维有哪些分类，各种不同的分类有哪些优点特性呢?现在小编就来给大家一一介绍一下，希望可以帮助大家了解碳纤维。
什么是碳纤维?
碳纤维(carbonfiber，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。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多;它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。
碳纤维有哪些分类?
碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、1K碳纤制作的管沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维;按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维。
按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。强度大于4000兆帕的又称为超高强型;模量大于450G帕的称为超高模型。
随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。
市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。
由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开，人们还不能直接用碳或石墨来制取，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料，将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。
PAN基碳纤维
PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程:首先通过丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺加工成被称为“母体“的聚丙烯腈纤维或原丝，将这些原丝放入氧化炉中在200到300℃进行氧化，还要在碳化炉中，在温度为1000到2000℃下进行碳化等工序制成碳纤维。
沥青基碳纤维
美国发明了纺织沥青基碳纤维用的含有基金属中间相沥青，原丝经稳定化和碳化后，碳纤维的拉伸强度为3.5G帕，模量为252G帕;法国研制了耐热和高导电的中间相沥青基碳纤维;波兰开发了新型金属涂覆碳纤维的方法，例如涂覆铜的沥青基碳纤维是用混合法制成，先用铜盐与各向同性煤沥青混匀，进行离心纺丝，在空气中稳定化并在高温氢气中处理，得到合金铜的碳纤维。世界沥青基碳纤维的生产能力较小，国内沥青基碳纤维的研究和开发较早，但在开发、生产及应用方面与国外相比有较大的差距。[18-19]
碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类，亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维，包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主，逐渐发展为12K和24K，主要应用于国防军工和高技术，以及体育休闲用品，像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业，包括：纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

Answer 2

尽管碳纤维主要由碳组成,微观结构也和石墨接近;然而,人们至今还不能直接用碳或石墨来制取碳纤维,只能采用一些含碳的有机纤维原料,将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。 被选用来制备碳纤维的有机纤维主要包括:聚丙烯....聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。
适用于制造碳纤维的前躯体材料类型很多,来源广泛。最常用的原材料有粘胶材料(Rayon)、聚丙烯腈纤维(PAN)、沥青纤维。