碳纤维的分类
按原料分类:纤维素基碳纤维、聚丙烯腈基、沥青基。
按加热处理温度及制造条件和方法分类:滞焰纤维:耐焰纤维或预氧化丝,热处理温度200~300℃;碳纤维:碳化温度为800~1600℃;石墨纤维:碳化温度在2000~3000℃;活性炭碳纤维气相生长碳纤维。
按特性(主要是力学性能)分类:通用级:抗拉强度低于1.4Gpa,弹性模量小于140Gpa;高性能:中、高、超高强型,中、高、超高模型。
3.1.2 碳纤维的制造方法
工业上制造碳纤维是以有机纤维作原料,在没有氧气的条件下经过高温处理而来的。目前商业上可供使用的原料有:纤维素纤维和再生纤维——纤维素基碳纤维;聚丙烯腈均聚物和共聚物——聚丙烯腈基碳纤维;沥青和煤提取物——沥青基碳纤维。根据所应用的原料的不同,碳纤维的制造方法也不尽相同
碳纤维的性质和用途
碳纤维的性质和用途
按碳纤维的结构不同,可分为各向同性碳纤维和各向异性碳纤维,各向同性碳纤维是在不加张力情况下炭化,强度模量不高,用作保温和防腐蚀材料。各向异性碳纤维是在加张力作用下炭化,制成高强高模的石墨纤维。特性如下:
纤维轴向显示高抗拉强度和高弹性模量,抗拉强度要比钢铁大4倍多;与其他高强材料比,密度低,1.7~2.0g/cm3,是铝合金的1/2,不足钢铁的1/4;单纤极细,复丝的不匀率低;不生锈,耐腐蚀,耐强酸碱,甚至“王水”;耐受温度范围广:既能耐低温,有能耐高温,虽温度的升高,强度不降低;能耐温度骤变,热膨胀系数小,耐热冲击性强,尺寸稳定性好;导热性能:常温下导热性能良好,随着温度的降低,导热性逐渐降低,到2000℃以上的高温下,导热性比常温低五、六倍,比其他材料低得多,为金属的1/100,耐火黏土的1/10;导电性能优异,电阻值可以通过制造过程中控制炭化温度来调节,生产各种规格的发热体(柔软的电阻丝),织成导电毯或制作大面积均匀加热的暖房墙壁;多孔性碳纤维具有优良的吸附性能,因为其具有巨大的表面积,表面上的碳原子处于活化状态,易于与其他的化学物质结合;耐腐蚀性能好,石墨制品具有润滑性;缺点:比较脆,怕受压和剪切,钩结、结节强度差;抗氧化能力差,高温有氧条件下形成CO2;破坏前无预报,拉断时只产生0.5%的伸长变形,断裂前无征兆。
碳纤维主要作为复合材料的增强体,产品用于航空航天(约占1/3)、体育用品(约占1/3)和交通运输领域,此外碳素短纤维和碳纤维毡可用于绝热材料,尤其是高温下的绝热材料。碳纤维织物可用作辐射加热的轻质,高负荷的电导体。而活性炭碳纤维可用于吸附废气,净化环境,回收溶剂,净化水源等。