产业用纺织品06素材.ppt

（2）、用纤维素纤维制造碳纤维 ——此项技术首先在美国开发，一般用人造丝作原料制造出来的。 ——再生纤维素碳的含量较低。一百千克的人造丝，碳化后只能得到十五到二十千克的碳纤维，比用腈纶纤维制造的要少一半。同时，制造再生纤维素纤维的原料来源受到自然条件的限制。 ——再生纤维素纤维必须先经过洗涤和干燥。它直接放在惰性气体中加热，到700℃以上，即可得到强度和弹性模量低的碳纤维。 ——若想得到高弹性模量高强度的碳纤维，就必须在加热过程中对纤维施加张力。但由于纤维素纤维的大分子结构中含有氧原子，在加热过程中氧进行了重排反应，所以就使得原料纤维中的分子从整齐的排列取向变成了杂乱无章的排列，造成了纤维在低温下强度降低，并难以施加张力。只有加热到2000℃以上，才能对纤维施加张力，使纤维内部结构沿着纤维长度方向整齐地取向。加热到3000℃左右进行的“拉伸石墨化”工艺，是制得高机械性能碳纤维所必需的，它使得碳纤维取向呈石墨微晶细带状，同时使纤维的孔隙度减少50%。 ——由于在高温下拉伸纤维需要昂贵的设备，所以用纤维素纤维制造碳纤维的成本最高，而且这样制出的碳纤维与树脂等复合的粘结力小，在使用过程中层之间容易开裂。由于这些原因，目前大部分是用腈纶纤维、沥青纤维作原料来制造碳纤维。 （3）、用聚丙烯腈纤维制造碳纤维 ——聚丙烯腈是由碳、氢、氮三种元素组成的。碳纤维就主要是以纯粹的丙烯腈聚合而成再经过特特工艺得到的连续纤维做原料。 ——聚丙烯腈长丝的性能就要有一定的要求：一是原料纤维结构中链状分子沿纤维轴向的取向度要高，这样易制得弹性模量高的碳纤维；二是原料纤维的强度要高，这样易制得强度高的碳纤维；三是纤维的粗细要均匀。 A、用聚丙烯腈纤维制造碳纤维分下面几个阶段： ——聚丙烯腈的氧化阶段 ——黑化纤维的炭化阶段 ——碳纤维的拉伸石墨化阶段 ——聚丙烯腈的氧化阶段 由于聚丙烯腈纤维在隔绝空气的条件下加热后要熔化，因此用聚丙烯睛来制造碳纤维时，就首先要把准备好的原料纤维放在空气中，或放在氧气等氧化气体中，在200~300℃的温度下加热，这个过程叫氧化过程。氧化过程是纤维炭化的预备阶段，是保证纤维在炭化的高温加热过程中性能稳定，不被熔化的关键工艺。 ——在氧化过程中，聚丙烯腈的颜色从白色逐渐变成黄色、棕色，最后变成黑色。在颜色变化的同时，聚丙烯腈的结构也产生了变化，最后变成一种耐热的中间链状化合物纤维，这种纤维叫“黑化纤维”。黑化纤维结构中的链状化合物和石墨结构中的六边形环链相似，只是其中的每一个六边形环上有一个碳原子被氮原子所取代。原料聚丙烯腈纤维是可燃的，用火一点就迅速燃烧并收缩，经氧化后的黑化纤维却是烧不着的，而且遇火也不象原料那样收缩。经过完全充分氧化后的纤维，含氧量在10%左右。 ——经过加张氧化后制得的黑化纤维，与未氧化前的原料纤维相比，直径收缩最多的可达40%左右。此外，弹性模量有显著增加，密度也增加了，这一切都表示纤维中的链状分子排列得更加紧密了。在氧化过程中对纤维施加张力，是制造高弹性模量、高强度碳纤维的关键。 ? ——在纤维氧化并使结构稳定化的同时，还发生着纤维的分解。剧烈的氧化放热和纤维分解时放出大量的热，往往使纤维温度高于炉温，并使反应难以控制，造成纤维氧化过头，产生焦化，引起结构内部产生严重的缺陷。这些缺陷都将保留到碳化后的碳纤维中，降低碳纤维的质量。所以，为了得到质量较好的氧化纤维，必须严格控制反应，采用较低的氧化温度，让纤维完全充分的氧化。也就是说，纤维的氧化应该在较低温度下长时间地进行（一般要一、二十小时）。对原料纤维采用各种化学催化的处理方法，可缩短纤维的氧化时间。 ——在氧化过程中，加热时要给纤维两端加上张力，以防止纤维在加热过程中产生收缩，甚至还要使纤维有所伸长。这样，使最后得到的碳纤维具有很高的弹性模量和强度。 ——黑化纤维的炭化阶段 氧化后纤维的处理过程叫做炭化。经过氧化后的纤维，隔绝空气，放在真空或氮气、惰性气体等保护气体中继续加热，使纤维中的氢、氮以及其它元素不断逸出，直到约1000℃左右，就剩下了主要是由碳元素组成的碳纤维。因原料和处理工艺的不同，碳纤维的含碳量在75—95%之间。炭化阶段主要是化学变化的阶段。炭化时保护气氛的纯度，及时排除裂变产物，掌握升温速度的快慢等，对制得碳纤维的强度有很大的影响。 。 ——碳纤维的拉伸石墨化阶段 经过炭化后得到的碳纤维，在惰性气体中再继续加热到2000℃以上，于是，就使其含碳量不断增加（杂质不断被排除）；结构内六边形环网层间距离不断缩小；网层面积不断扩大；弹性模量不断增高；纤维的密度也不断增加。最后，就得到了具有金属光泽的高弹性模量、高强度的碳纤维——石墨纤维。这个处理过程叫做石墨化。石墨化也可以利用碳纤维的导电性能，