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碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电,具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧,而且消耗动力少,推力大,噪音小;用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的储存量和运算速度;用
碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节约大量的燃料。
含碳量高于90%的无机高分子纤维 。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维的轴向强度和模量高,无蠕变,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,耐腐蚀性好,纤维的密度低,X射线透过性好。但其耐冲击性较差,容易损伤,在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,
碳纤维在使用前须进行表面处理
碳纤维是纤维状的碳材料,其化学组成中含碳量在90%以上。由于碳的单质在高温下不能熔化(在3800K以上升华),而在各种溶剂中都不溶解,所以迄今无法用碳的单质来制
碳纤维。
碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。上前世界上产生的销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化:在空气中加热,维持在200-300度数十至数百分钟。预氧化的目的为使聚丙烯腈的线型分子链转化为耐热的梯型结构,以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态。B碳化:在惰性气氛中加热至1200-1600度,维持数分至数十分钟,就可生成产品碳纤维;所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气,但一般多用高纯氮气。C石墨化:再在惰性气氛(一般为高纯氩气)加热至2000-3000度,维持数秒至数十秒钟;这样生成的碳纤维也称石墨纤维。
碳纤维有极好的纤度(纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数),一般仅约为19克;拉力高达300KG/MM2;还有耐高温、耐腐蚀、导电、传热、彭胀系数小等一系列优异性能。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异性能。
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;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(MPa)、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000MPa、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上)。强度大于4000MPa的又称为超高强型;模量大于450GPa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*大的是聚丙烯腈基碳纤维。
1利用其"轻而强"和"轻而硬"的力学特性,广泛应用于航空、航天、军工、体育休闲等结构材料;
2利用其尺寸稳定性,应用于宇宙机械、电波望远镜和各种成型品;
3利用其耐疲劳性,应用于直升飞机的叶片;利用其振动衰减性,应用于音响器材;
4利用其耐高温性,应用于飞机刹车片和绝热材料;利用其耐药品性,应用于密封填料和滤材;
5利用其电气特性,应用于电极材料、电磁波屏蔽材料、防静电材料;
6利用其生体适应性,应用于人工骨、韧带;利用其 X-光透过性,应用于 X-光床板等。
此外,还可以活化成活性
碳纤维,应用于各种吸附领域。具体应用例如:①钓鱼杆现年产量约1200万只,年碳纤维用量1200t;②高尔夫球杆随着轻量化和长尺寸化的要求,现已占碳纤维体育用品用途的50%,年碳纤维用量为2000t;③网球拍的年市场规模约为450万只,年碳纤维用量约500t;④飞机方面,小型商务机和直升飞机的复合材料用量已占70%一80%,军用机30%一40%,大型客机15%一20%;⑥人造卫星结构体、太阳能电池板和天线要用高模碳纤维,先进的运载火箭和导弹壳体、发射筒等要用T800H和 T300碳纤维等;⑥土木建筑领域,已用于补修加工用片材、建筑部件、代钢筋材料、屋顶构架材料等;⑦能源领域,已用于汽车的压缩天然气罐和风车叶片(长达30-40m)、海底油田管道、升降机等;⑧交通运输方面,已应用于赛车、汽车传动轴、大型卡车车体等;⑨电子电器领域,已应用于增强热塑性树脂的挤出成型品,如抗静电 IC盘、笔记本电脑的筐体,具有电磁波屏蔽效果;⑩其它,还有X-射线盒、医用床板、印刷、制膜、造纸等用的各种滚轴、空气或氧气呼吸用压力容器等等。 |