《化工新材料生产技术》课件——碳纤维1.pptxVIP

第一部分认识碳纤维;;一、碳纤维的定义;4;碳纤维不能用熔融法或溶液法直接纺丝，只能以有机纤维为原料，采用间接方法来制造。

碳元素的各种同素异形体(金刚石、石墨、非晶态的各种过渡态碳)，根据形态的不同，在空气中在350℃以上的高温中就会不同程度的氧化；在隔绝空气的惰性气氛中(常压下)，元素碳在高温下不会熔融，但在3800K以上的高温时不经液相，直接升华，所以不能熔纺。

碳在各种溶剂中不溶解，所以不能溶液纺丝。;6;二、碳纤维的结构;皮芯层结构CF由皮层、芯层及中间过渡区组成。

皮层：微晶较大，排列有序，占直径的14％。

芯层：微晶减小，排列紊乱，结构不均匀，芯子占39％。;9;按碳纤维

性能分类;按碳纤维的

功能分类;按制造条件和方法分类;13;2.物理性能;（1）耐热性：

在不接触空气或氧化性气氛时，碳纤维具有突出的耐热性，在高于1500℃下强度才开始下降。

（2）热膨胀系数：

CF的热膨胀系数具有各向异性的特点。

平行于纤维方向为负值；垂直于纤维方向为正值。;（3）热导率：

热导率具有方向性

平行于纤维方向：16.74W/(m·K)

垂直于纤维方向：0.837W/(m·K)

温度升高，热导率下降。

（4）密度：

?在1.5~2.0g/cm3之间

密度与原丝结构、碳化温度有关。;3.化学性能

碳纤维的化学性能与碳很相似。它除能被强氧化剂氧化外，对一般酸碱是惰性的。

在空气中，当温度高于400℃时，则会出现明显的氧化，生成CO和CO2。

在不接触空气或氧化气氛时，碳纤维具有突出的耐热性。

当碳纤维在高于1500℃时，强度才开始下降；而其它类型材料包括A12O3晶须在内，在此温度下，其性能已大大下降。;4、其他性能

另外，碳纤维还有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。

它还有耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等特性。;19;碳纤维制飞机;CF雷达天线罩;碳纤维制卫星天线;CF制轻质机驾驶舱及机舱;2、汽车及交通运输中的应用

采用碳纤维复合材料制造汽车构件不仅可使汽车轻量化，还可以使其具有多功能性。例如，用碳纤维增强树脂基复合材料制造的发动机挺杆，利用其阻尼减振性能，可降低振动和噪声，行驶有舒适感。;碳纤维全外壳轿车;碳纤维轮毂;碳纤维汽车弹簧片;3、土木建筑上的应用

短切碳纤维增强水泥基复合材料可以制造各种幕墙板，实现建材的轻量化，特别是沿海建筑显示出优异的耐蚀性。利用碳纤维的导电性能可用来制造采暖地板。;碳纤维增强混凝土高楼;4、医疗器械和医用器材上的应用

碳纤维与生物具有良好的组织相容性继而血液相容性，可作为生体植入材料。同时发现，碳纤维具有诱发组织再生功能，促进新生组织的再生并在植入碳纤维周围形成。在医用器材方面，可应用于外伤包扎带、医疗加热毯、灭菌除臭褥等。;碳纤维医疗用品;5、体育娱乐器材上的应用

世界碳纤维总量的三分之一是用来制造体育娱乐器材。高档的羽毛球拍、网球拍、钓鱼竿、高尔夫球棒和赛车等几乎都是用碳纤维复合材料制备的。;碳纤维制高级网球拍;碳纤维制高尔夫球杆;全碳纤维自行车;6、碳纤维的发展及未来

（1）发展高性能、廉价碳纤维

（2）大力研究和发展热导率高的碳纤维及其复合材料

（3）研究开发不同热膨胀系数的碳纤维;第二部分碳纤维制备;38;原丝的选择条件：强度高，杂质少，纤度均匀，细旦化等。

基本条件：加热时不熔融，可牵伸，且CF产率高。

常用的CF原丝：聚丙烯腈纤维、粘胶纤维、沥青纤维;一、以聚丙烯腈（PAN）为原料制造的碳纤维;一步法：是使用的溶剂既能溶解单体又能溶解聚合树脂，聚合后的溶液可以直接用来纺丝，聚合和纺丝是一条完整的生产线。

二步法：采用的溶剂含有水，丙烯腈在水中有一定的溶解度，但聚丙烯腈在水中不溶。随着聚合的进行，聚合物呈絮状沉淀析出，经分离、干燥制成PAN粉料，纺丝时，溶解在溶剂中制成纺丝液再进行纺丝，因此聚合和纺丝分开进行。;（2）纺丝

包括湿法纺丝、干法纺丝、熔融纺丝、静电纺丝和干喷湿纺纺丝。但聚丙烯腈分解温度较低，为制备高度均一的碳纤维不适合采用干法纺丝和熔融纺丝，静电纺丝影响制备碳纤维的因素较多还停留在实验室阶段，故聚丙烯腈原丝以湿法纺丝工艺为主。

湿法：纺丝原液→喷丝头→凝固浴(溶剂的水溶液)→水洗、拉伸等

干法：纺丝原液→喷丝头→纺丝甬道(热空气，溶剂在此受热蒸发)→冷却、拉伸等。;43;为了保证碳纤维性能的优良，原丝应具备高纯度、高强度和高取向度、细旦化等性能。

高纯度：原丝中所含各类杂质和缺陷将“遗传”给碳纤维。可从以下几方面采取措施：原料的精密过滤、充分洗涤、无尘纺丝。

高强度和高取向度：采用干湿法纺丝

细旦化：原丝细旦化已成为提高原丝强度和生产高强度碳纤维的主要技术途径之一。;2、预氧化

在200~300℃下氧化