高性能碳纖維的制備及分類(lèi)

高性能纖維具有高強(qiáng)度,、高模量,、耐高溫、耐氣候,、耐化學(xué)試劑等特性,是近年來(lái)纖維高分子材料領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一類(lèi)特種纖維.高性能纖維品種較多,目前已規(guī)?；a(chǎn)的有碳纖維、芳綸纖 維等,既可作為結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷,又可作為功能材料發(fā)揮作用,是性能優(yōu)越的戰(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(gè)品種,具有較高的比強(qiáng)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(xué)性能,近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于航空,、航天、汽車(chē),、化工,、能源、交通,、建筑,、電子、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域.

碳纖維的制備目前是采用一些含碳的有機(jī)纖維(如尼龍絲,、腈綸絲,、人造絲等)做原料,將有機(jī)纖維與塑料樹(shù)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(qiáng)下,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的 預(yù)氧化,、碳化和石墨化處理等強(qiáng)熱過(guò)程制成.

碳纖維按原絲類(lèi)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(lèi).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(shí)驗(yàn)室研究,未形成產(chǎn)業(yè)化.

碳纖維按形態(tài)可分為長(zhǎng)絲,、短纖維和短切纖維.長(zhǎng)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(xué)性能分為通用型和高性能型.通用型碳纖維強(qiáng)度為1000MPa,、模量為100GPa左右.高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型(強(qiáng)度2000MPa,、模量250GPa)和高模型(模量300GPa以上).強(qiáng)度大于4000MPa的又稱(chēng)為超高強(qiáng)型;模量大于450GPa的稱(chēng)為超高模型

碳纖維按用途可分為宇航級(jí)小絲束碳纖維和工業(yè)級(jí)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