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碳纖維是怎么樣制成的?

2022-02-14 09:45:55

雖然碳纖維的基本材料——由碳制成的纖維——聽起來很簡單,但是有無數的方法將這些相對簡單的纖維與其他產品結合起來,創造更強大,更硬,并且更輕的材料深受設計工程師的青睞現代高科技項目。東莞市錦航新材料有限公司-碳纖維制品、東莞碳纖維制品、碳纖維制品生產公司和大家來簡單放分析下:


1、碳纖維制造工藝:

一旦實現了正確的加工材料組合,就可以將前體拉成長條或纖維,然后在惰性氣體中在高溫下加熱(熱解)以實現碳化。碳化會排出大多數非碳原子,從而留下長且緊密編織的碳原子鏈,僅剩下少量的非碳材料。此過程通常包含五個步驟:


紡絲—將前體與其他材料混合,然后紡成纖維。然后將這些纖維洗滌并拉伸。


穩定化-碳纖維在碳化之前必須進行化學改變,以通過將其線性原子鍵更改為梯形鍵來使其具有更高的熱穩定性。將纖維在空氣中加熱到200-300°C大約30分鐘到2小時。這種加熱過程迫使碳原子從空氣中吸收氧原子,并將分子重新排列成更熱穩定的鍵合模式。必須仔細控制此放熱過程,以防止纖維過熱。有多種用于穩定碳纖維的方法。


碳化-纖維熱穩定后,將其在無氧的情況下加熱至1,000-3,000°C保持幾分鐘。氧氣的缺乏阻止了纖維在如此高的熱量下燃燒。在此過程中,重要的是保持爐內的氣壓高于爐外的氣壓,并保持纖維的入口和出口密封,以防止氧氣進入爐內。在此高溫下,纖維排出其非碳原子,而其余的碳原子形成緊密結合的碳晶體。這些碳晶體平行于碳纖維的長軸排列。


表面處理-碳化過程使纖維具有光滑的表面,該表面不能與用于制造復合產品的環氧樹脂和其他材料很好地粘合。因此,表面被輕微氧化。氧化使表面具有更好的化學鍵合特性,同時還蝕刻了表面以使化學物質更好地粘附于表面。有時將纖維浸入二氧化碳,空氣或臭氧等氣體中,或將其浸入硝酸或次氯酸鈉等液體中進行氧化。其他時候,通過將帶正電的纖維浸入導電材料的浴中,通過電解來實現氧化。無論采用哪種表面處理方法,至關重要的是必須在專家的仔細監督下進行操作,以防止引入可能導致材料故障的表面缺陷。


上漿—一旦氧化,就將纖維包起來,以防止在纏繞到線軸上或機織成織物時損壞。涂覆過程被稱為上漿,并且上漿材料經過仔細選擇以與用于形成復合結構的粘合劑相容。涂層材料可能包括聚酯,尼龍,氨基甲酸酯或環氧樹脂。

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2、碳纖維前驅體:

碳纖維通常始于有機聚合物,稱為前體。大約90%的時間,該前體是聚丙烯腈(PAN)。有時使用人造絲或石油瀝青代替。有機聚合物由碳原子結合的長鏈分子組成。前體的組成因制造商而略有不同,確切的組成通常是一個嚴密保護的商業秘密。


在制造過程中,可能會添加氣體,液體和其他材料,為碳纖維中創建各種特性。有時會尋求特定的效果;在其他時候,目的是特定反應或防止特定反應。同樣,過程材料的組合通常是公司的秘密。


碳纖維上漿后,將它們纏繞到線軸上,然后裝入紡紗機中,然后捻成各種尺寸的紗線。然后可以將這些紗線編織成織物或形成復合材料。

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