碳纤维是一种什么材料?

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碳纤维是一种主要由90%以上碳元素组成的高性能新型纤维材料,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。主要用途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。

碳纤维分类

1、按照原材料,可以分为聚丙烯腈碳纤维、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。

2、按照样式可分为片材、棒材、型材和短纤维。片材碳纤维用于建筑物混凝土表面加固;棒材碳纤维可代替钢筋用于建筑物的建造;型材碳纤维可以通过聚合物粘在物体结构的表面;短纤维则是加入混凝土中用于建造建筑物。

3、按照力学性能,可以分为通用型和高性能型,通用型碳纤维强度为1000Mpa、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的又可成为超高强型;模量大于450Gpa的则被称为超高模型。

4、按照原丝的种类,根据丝束的大小可分为大丝束和小丝束。大丝束属于工业级别的,每束碳纤维的根数≥(46000-48000)根;小丝束属于宇航级别的,每束碳纤维的根数≤24000根。

碳纤维类型

1、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。

2、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。 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。

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