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聚丙烯腈碳纤维的制备

日期:2014-09-30 16:22阅读次数:
  碳纤维原丝是由聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶基纤维、酚醛纤维等原料加工而成的,其中,聚丙烯腈纤维制取碳纤维主要包括以下几个工序:①聚丙烯睛原丝的制备;②原丝的预氧化;③预氧化丝的炭化;④碳纤维的后期处理。下面就来具体讲讲。
 
碳纤维
(图示:碳纤维)
 
  1、聚丙烯腈精原丝的制备。聚丙烯腈纤维本身是一种服用纤维,其分子结构是含有强极性侧基的线形大分子。用于制备碳纤维的聚丙烯腈原丝与服用聚丙烯腈纤维相比,生产流程基本相同,大分子组成的主体也基本相同。但由于用途不同,因而具体工艺参数的选择和控制、共聚组分的种类和用量等都略有差异,原丝的要求更高。
 
  2、聚丙烯腈原丝的预氧化。由于聚丙烯腈是含强极性侧基的线形大分子,为了使之转化为耐热的环状(或梯形)结构,以便在高温炭化时不熔不燃,保持纤维形态,必须先将原丝在200一300℃的空气中进行预氧化处理。随着预氧化的进行,体系不发生环化反应、脱氧反应、氧化反应,纤维外观由经黄、棕,然后变黑,同时发生收缩。
 
  3、预氧化丝的炭化。预氧化丝在惰性气体保护下,于800-1500℃进行炭化反应,此时纤维中的各种非碳原子因反应而被排出体系,纤维的含碳量由预氧化丝的60%提高到92%以上。预氧化丝在炭化前应在100-280℃条件下进行烘干,以除去物理吸附的氧气和水分。炭化时必须严防氧化性气体的存在,所用高纯氮的含氧量需在百万分之十以下,同时严格控制工艺参数,如升温速奉、处理温度、处理时间、拉伸倍数、炭化后的冷却速率等。
 
  4、碳纤维的后处理。上述炭化得到的碳纤维由于表面缺少活性官能团,且不够粗糙,因而作为增强材料,其特性发挥不充分,需对其进行后处理。就是通过采用适当的方法,增加表面的含氧官能团和粗糙度,提高碳纤维与其基体树脂之间的粘结力。
 
  这个就是聚丙烯腈碳纤维的制备过程了,比起沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维等其它种类的碳纤维,它的使用范围更广,达到90%左右,在航天航空、军事安全、医疗卫生、汽车制造等很多领域都有应用。推荐阅读:生产聚丙烯腈碳纤维时要注意什么

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