化工新材料生产技术-湖南石油化工职业技术学院-1728525997434.pptx

;第一部分其他碳纤维;;缺点：

粘胶中含有大量的H、O原子，所以碳化理论收率仅55%，实际收率约20～30%；

粘胶基CF强度较低，性能平衡性差，弹性系数较大。

优点：

瞬间耐烧蚀性能好，可用作火箭的内衬材料。;1.主要流程

（1）前处理：

水洗：用40~60℃的去离子水洗掉黏胶纤维表面的油剂。油剂的存在有碍下一工序的催化浸渍；同时油剂进入到预氧化炉时热解挥发物污染纤维表面，或产生焦油造成更严重的污染。

酸洗：以求洗净黏胶中所含的碱、碱土金属和铁离子，这些金属杂质离子浓度的降低，有利于提高黏胶基碳纤维的力学性能，也有利于提高其抗氧化性能和耐烧蚀性能。;（2）催化处理：

其目的是促进黏胶纤维中的羟基脱水，尤其是活性高的伯羟基脱水，防止其向左旋葡萄糖转化，以提高碳纤维的性能及炭化收率。黏胶纤维碳含量低，碳化收率低，通过浸渍催化剂，可使黏胶纤维的实际碳化收率由18~20%提高到30%以上。

催化剂和催化处理是生产黏胶基碳纤维的核心技术，研究和开发新的高效催化剂仍是当前研究的热点之一。;（3）热解过程：

①25～150℃，脱去粘胶纤维的吸附水(脱去物理吸附的水)；

②150～240℃，纤维素环的脱水(脱去化学吸附的水)；

③240～400℃，自由基反应，C—O键及C—C键断裂，放出H2O、CO、CO2等气体；

④400℃以上，进行芳香化，放出H2和甲烷等。

在整个处理过程中，为使CF性能优良，产率高，所以要求加热速度较慢，而且不同的过程中，加热速度也不同。;（4）黏胶纤维的炭化：

有机热固性黏胶纤维经过一系列的工序转化为无机碳纤维，原有的杂环直链结构被彻底破坏，建立起新的乱层石墨结构，黏胶纤维经浸渍催化剂处理后单丝直径由10μm溶胀到14.8μm；经热氧化处理后，直径又回落到原来的水平；再经过碳化处理，直径收缩到7.2μm左右。;;除天然沥青外，一般将有机化合物在隔绝空气或在情性气体中热处理，在释放出氢、烃类和碳的氧化物的同时，残留的多环芳烃的黑色稠状物质称为沥青。

其含碳量大于70％，平均分子量在200以上，化学组成及结构千变万化，它们是结构变化范围极宽的有机化合物的混合物。

优点：

沥青资源丰富，成本可降低。在民用方面有很大潜力。;沥青基碳纤维目前主要有两种类型：

力学性能较低的所谓通用级沥青基碳纤维－－各向同性沥青碳纤维；

拉伸强度特别是拉伸模量较高的中间相沥青基碳纤维－－各向异性沥青基碳纤维。;常用沥青基碳纤维的制备方法：

①离心纺丝

②具有调控黏度的熔融纺丝

③具有凸柱体的喷丝板纺丝

④涡流纺丝;沥青基碳纤维的制备：

①离心纺丝

是纺制通用级短纤维的常用方法。

②具有调控黏度的熔融纺丝

特点是：吹入空气量是单位体积沥青的20~700倍，吹喷到沥青上，使其聚合，聚合温度控制在280~360℃，沥青聚合后的软化点约为250~290℃，纺丝温度较聚合温度低2~10℃，纺丝头的冷却筒温度为250~300℃。其中，关键技术是调控空气的吹入量，使沥青聚合后的黏度控制在10.0~40.0Pa·s。

;③具有凸柱体的喷丝板纺丝

其特征是：喷丝板板组件的圆柱形凸体可稳定、连续纺丝。

④涡流纺丝

其特点是：在喷丝板组件外围设置至少3个热空气喷射嘴（内插直柄冲头状件）。熔融沥青通过一螺旋圆通道进入喷嘴入口后，由喷嘴喷出，同时设置在喷丝板的旋流气体喷嘴以直线、快速喷射出热空气流，可纺制细直径沥青纤维。

;注意：

沥青纤维在炭化之前必须经过不熔化处理，如果不经过不熔化处理直接炭化将会软化熔融，无法保存纤维形状。

不熔化处理可采用气相氧化，也可采用液相氧化。另外卤素也可以用来提高沥青纤维的熔点，代替氧进行不熔化处理。

不熔化处理的具体条件随原料的不同而变化。一般含碳量高，有侧链及脂肪氢时，只用空气氧化即可；反之，含碳少时，要求更特殊的处理条件。

沥青在不熔化处理后便可在惰性气体中进行炭化。;第二部分碳纤维的表面处理;碳纤维中的缺陷主要来自两方面：

原丝带来的缺陷：碳化过程中可能消失小部分，但大部分将保留下来，变成碳纤维的缺陷。

碳化过程带来的缺陷：碳化过程中，大量非C元素以气体形式逸出，使纤维表面及内部形成空穴和缺陷。

CF中缺陷的观察研究手段：

扫描电镜(SEM)：纤维表面缺陷

透射电镜(TEM)：纤维内部结构;CF的表面处理

表面处理的目的：

增加物理吸附与化学键合的概率，提高碳纤维增强复合材料中CF与基体的结合强度，提高复合材料的力学性能。

CF表面处理的途径：

清除表面杂质；在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能；引进具有极性或反应性官能团；形成能与树脂起作用的中间层。;碳纤维的表面处理方法：

1.表面清洁法

2.化学氧化法（气相氧化法、液相氧化法）

3.电化学氧化法

4.