|
碳纤维简介
碳纤维（Carbon Fiber，简称CF），一种含碳量在95%以上微晶石墨材料，具有很多优良的特性，如质量比金属铝轻，强度却高于钢铁，耐腐蚀、高模量等等，是军工、航天等行业的重要材料。
碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。碳纤维直径只有5微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上。耐高温性能也居所有化纤之首。
碳纤维的制造过程中，用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成。工艺过程涉及到大量与温度相关的工艺控制环节，本文将介绍相关应用及解决方案。
碳纤维工艺流程总览
工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维 、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类，由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。不同碳纤维的工艺略有不同，但是都包括预氧化、氧化、碳化，石墨化等核心工艺，其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。本部分以应用量最大的PAN基碳纤维工艺为例，进行详细的分析。
典型的PAN基碳纤维工艺流程图
1、原丝生产
碳纤维原丝carbon fiber precursor，又称碳纤维前驱体。指生产碳纤维用的聚合物原丝，是没经过碳化工艺处理的。
碳纤维原丝生产，一般会均匀分布数十束原丝在不锈钢滚轮上。在生产过程中可能会发生某一束原丝断裂的情况，客户希望监控断裂分发生并及时给出报警信号。由于丝束较细且断裂部位不确定，所以需要对整个滚轮上分布的原丝进行检测，并能给出实时的报警信号。
根据客户要求选择MP150LTR1红外线扫描仪，通过滚轮和原丝发射率不同造成的显示温度差，可以实现原丝断裂时实时报警。
推荐型号：MP150LT
2、预氧化
PAN原丝在180℃-300℃的热空气中进行保温0.5h到3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。
热风循环系统是工业预氧化炉中技术含量最高的部分，也是不同预氧化炉生产商提供的预氧化炉中差别最大的部分。而温度均匀性，控温精度又是预氧化炉的核心技术，因此对炉体内部工作空间的温度进行监测就显得尤为重要。
推荐型号：T40LT, MP150LT
3、碳化
PAN原丝经预氧化处理后转化为耐热梯形结构，再经过低温炭化(300~1000℃)和高温炭化(1000~1800℃)转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。
低温碳化是指预氧化丝在300℃-1000℃的惰性气体保护下进行化学反应以热分解反应为主，纤维中的氮，氢，氧等非碳元素从稳定的聚合物中裂解出来。
|
|
|
