高性能碳纖維的制備及分類

高性能纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐氣候、耐化學試劑等特性,是近年來纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一類特種纖維。高性能纖維品種較多,目前已規(guī)模化生產(chǎn)的有碳纖維、芳綸纖 維等,既可作為結(jié)構(gòu)材料承載負荷,又可作為功能材料發(fā)揮作用,是性能*的戰(zhàn)略性新型材料。

目前,高性能纖維中碳纖維是大規(guī)模生產(chǎn)的一個品種,具有較高的比強度、比模量和較小的體積質(zhì)量。碳纖維既具有碳材料的固有特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,具有優(yōu)異的力學性能,近年來被廣泛應(yīng)用于航天、汽車、化工、能源、交通、建筑、電子、體育運動器材等領(lǐng)域。

碳纖維的制備目前是采用一些含碳的有機纖維(如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等)做原料,將有機纖維與塑料樹脂結(jié)合在一起,放在稀有氣體的環(huán)境中,在一定張力、溫度、壓強下,經(jīng)過一定時間的 預(yù)氧化、碳化和石墨化處理等強熱過程制成。

碳纖維按原絲類型可分為PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維和酚醛基碳纖維4類。PAN基碳纖維是目前制備碳纖維的一大原料,其產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的95%左右。瀝青基碳纖維約占4%,粘膠基碳纖維約占1%,酚醛基碳纖維尚處于實驗室研究,未形成產(chǎn)業(yè)化。

碳纖維按形態(tài)可分為長絲、短纖維和短切纖維。長絲應(yīng)用在工業(yè)結(jié)構(gòu)件和宇航結(jié)構(gòu)件中,短纖維主要應(yīng)用在建筑行業(yè),如短碳纖維石墨低頻電磁屏蔽混凝土、工業(yè)用碳纖維氈等。

碳纖維按力學性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強度為1000MPa、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強型(強度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。強度大于4000MPa的又稱為超高強型;模量大于450GPa的稱為超高模型

碳纖維按用途可分為宇航級小絲束碳纖維和工業(yè)級大絲束碳纖維。小絲束以1K、3K、6K為主,逐漸發(fā)展為12K和24K;大絲束在48K以上,包括60K、120K、360K和480K等

以上是高性能碳纖維的制備及分類