碳纖維結(jié)構(gòu)圖(碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn))

宜春鋼結(jié)構(gòu)施工工程 3周前 ( 11-23 12:57 ) 6205 搶沙發(fā)

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)圖，以及碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔，本文目錄一覽：，1、，采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu) 邁凱輪765LT Spider官圖發(fā)布，2、，生命燈所釋放的負(fù)氧離子和碳纖維素對(duì)人有什么好處，3、，碳纖維屬于什么材質(zhì)？制作原材料是什么，4、，碳纖維制備工藝，5、，纖維是什么材料?

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)圖，以及碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，希望對(duì)各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔。

本文目錄一覽：

1、采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu) 邁凱輪765LT Spider官圖發(fā)布
2、生命燈所釋放的負(fù)氧離子和碳纖維素對(duì)人有什么好處
3、碳纖維屬于什么材質(zhì)？制作原材料是什么
4、碳纖維制備工藝
5、纖維是什么材料?
6、如何DIY碳纖維方法圖解

采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu) 邁凱輪765LT Spider官圖發(fā)布

易車訊? 日前，碳纖維結(jié)構(gòu)圖我們從相關(guān)外媒處獲悉，邁凱輪765LT Spider官方圖片正式發(fā)布，該車基于765LT而來(lái)，最大的區(qū)別是采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu)，邁凱倫稱該車是其開發(fā)的賽道上最快的敞篷LT車型。

外觀內(nèi)飾方面其將沿襲普通版765LT的設(shè)計(jì)造型，通過設(shè)計(jì)語(yǔ)言以及材質(zhì)的實(shí)用塑造出頂級(jí)性能跑車的形象。

相比普通版車型，該電動(dòng)硬頂采用一體式碳纖維部件，可在50 公里/小時(shí)的速度下11秒內(nèi)折疊起來(lái)，邁凱輪稱該結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度很高，以至于不需要額外的支撐，以碳纖維結(jié)構(gòu)可提供再諸如翻車等機(jī)關(guān)情況下足夠的保護(hù)。

邁凱倫方面稱，該敞篷車將提供與765LT Coupe相同水平的結(jié)構(gòu)剛度，卻增加碳纖維結(jié)構(gòu)圖了49公斤的重量，主要來(lái)自可伸縮硬頂和隨附的操作機(jī)構(gòu)，765LT Spider重約1388公斤，更加考慮到了輕量化的訴求，而這對(duì)于超跑來(lái)說尤為重要。

動(dòng)力方面，該車采用4.0升雙渦輪增壓V8發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率570千瓦，最大扭矩800牛米，與之匹配的是自動(dòng)變速箱，該車0-100公里/小時(shí)加速僅需2.8秒，最高時(shí)速為330公里/小時(shí)。

生命燈所釋放的負(fù)氧離子和碳纖維素對(duì)人有什么好處

負(fù)氧離子:

空氣分子在高壓或強(qiáng)射線碳纖維結(jié)構(gòu)圖的作用下被電離所產(chǎn)生碳纖維結(jié)構(gòu)圖的自由電子大部分被氧氣所獲得碳纖維結(jié)構(gòu)圖，因而碳纖維結(jié)構(gòu)圖，常常把空氣負(fù)離子統(tǒng)稱為“負(fù)氧離子”。

負(fù)離子有鎮(zhèn)靜、催眠、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)咳、止癢、利尿、增食欲、降血壓之效。比如雷雨過后，空氣的負(fù)離子增多，人們感到心情舒暢。

碳纖維素

碳素纖維又稱碳纖維（Carbon Fiber，簡(jiǎn)稱CF）。在國(guó)際上被譽(yù)為“黑色黃金”，它繼石器和鋼鐵等金屬后，被國(guó)際上稱之為“第三代材料”，因?yàn)橛锰祭w維制成的復(fù)合材料具有極高的強(qiáng)度，且超輕、耐高溫高壓。

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90％以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。

側(cè)圖為碳纖維布.

1.由來(lái)

1880年美國(guó)愛迪生首先將竹子纖維碳化絲，作為電燈泡內(nèi)之發(fā)光燈絲，開啟了碳纖維（Carbon Fiber，簡(jiǎn)稱CF）之紀(jì)元。碳纖維用在結(jié)構(gòu)材料，首先問世者，則以美國(guó)Union Carbide公司（U.C.C.）為代表，并于1959年將嫘縈纖維為原料，經(jīng)過數(shù)千百度之高溫碳化后，得到彈性率約40GPa，強(qiáng)度約為0.7GPa之碳纖維；爾后，1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸，開發(fā)出絲狀高彈性率石墨化纖維，彈性率約500GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa。

另外，于日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所之進(jìn)藤博士，則以Polyacrylonitrile（簡(jiǎn)稱PAN）聚丙烯腈為原料，經(jīng)過氧化與數(shù)千度之碳化工程后，得到彈性率為160GPa，強(qiáng)度為0.7GPa之碳纖維。1962年日本碳化公司（Nippon Carbon Co.）則用PAN為原料，制得低彈性系數(shù)（L.M.）之碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料，開發(fā)了高強(qiáng)度之CF，彈性率約為230GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa，并于1966年起有每月量產(chǎn)1噸之規(guī)模；同時(shí)亦開發(fā)了碳化溫度2000℃以上之高彈性率CF，彈性率約400GPa，強(qiáng)度約為2.0GPa。于1965年，群馬大學(xué)大谷教授，利用加熱氯乙烯（Vinyl Chloride）得到之瀝青（Pitch），經(jīng)過熔融紡絲、不融化與碳化工程處理后，得到普通級(jí)碳纖維；大谷教授亦可利用木質(zhì)素（Lignin）為原料制作碳纖維。

碳纖維之需求量雖逐漸擴(kuò)大，但1991年以后冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事用途之使用量萎縮，復(fù)因泡沫經(jīng)濟(jì)與景氣蕭條，供需失去平衡，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而，美國(guó)波音公司新銳機(jī)型B777之生產(chǎn)，加上土木、建筑、汽車與復(fù)合材料之?dāng)U大應(yīng)用，碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長(zhǎng)中。

2.碳纖維之種類

經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90％以上之纖維材料，稱之為碳纖維。碳纖維之種類分類有許多方法，可依原料、特性、處理溫度與形狀來(lái)分類。若依原料可分為纖維素纖維系之嫘縈（Rayon）系與木質(zhì)（Lignin）系；聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系；瀝青（Pitch）系；?9?3酚樹脂系與?9?4氣相碳纖系等六種。若依特性則分為普通碳纖維；高強(qiáng)度高模數(shù)碳纖維與活性碳纖維等三種。普通碳纖維之強(qiáng)力在120㎏/㎜2以下，楊氏模數(shù)（Young掇 Modulus）在10000㎏/㎜2以下者稱之；高強(qiáng)度高模數(shù)者，則強(qiáng)力在150㎏/㎜2以上，模數(shù)在17000㎏/㎜2以上時(shí)稱之。

若依加工處理溫度分類時(shí)，則可分為耐炎質(zhì)；碳素質(zhì)與石墨質(zhì)等三種。耐炎質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為200～350℃，可供作電氣絕緣體；碳素質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為500～1500℃，可供電氣傳導(dǎo)性材料用；石墨質(zhì)碳纖之處理加熱溫度在2000℃以上，除耐熱性與電氣傳導(dǎo)性提高外，亦具自我潤(rùn)滑性。

若按碳纖維制品之形狀分類時(shí)，可分為棉狀短纖維；長(zhǎng)絲狀連續(xù)纖維；纖維束（Tow）；?9?3織物；?9?4氈毯與?9?5編制長(zhǎng)形物等。

碳纖維屬于什么材質(zhì)？制作原材料是什么

碳纖維

更多圖片(16張)

碳纖維（carbon fiber，簡(jiǎn)稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。

碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無(wú)蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。

碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。

中文名：碳纖維

外文名：carbon fiber

特點(diǎn)：兼具紡織纖維的柔軟可加工性

本質(zhì)：微晶石墨材料

抗拉強(qiáng)度：在3500兆帕以上

抗拉彈性模量：230到430G帕

組成結(jié)構(gòu)

碳纖維

圖冊(cè) 8張

碳纖維是含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個(gè)碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間借范德華力連接在一起。

通常也把碳纖維的結(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)晶和孔洞組成，其中孔洞的含量、大小和分布對(duì)碳纖維的性能影響較大。

當(dāng)孔隙率低于某個(gè)臨界值時(shí)，孔隙率對(duì)碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度無(wú)明顯的影響。有些研究指出，引起材料力學(xué)性能下降的臨界孔隙率是1%-4%?？紫扼w積含量在0-4%范圍內(nèi)時(shí)，孔隙體積含量每增加1%，層間剪切強(qiáng)度大約降低7%。通過對(duì)碳纖維環(huán)氧樹脂和碳纖維雙馬來(lái)亞胺樹脂層壓板的研究看出，當(dāng)孔隙率超過0.9%時(shí)，層間剪切強(qiáng)度開始下降。由試驗(yàn)得知，孔隙主要分布在纖維束之間和層間界面處。并且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，并顯著降低了層合板中層間界面的面積。當(dāng)材料受力時(shí)，易沿層間破壞，這也是層間剪切強(qiáng)度對(duì)孔隙相對(duì)敏感的原因。另外孔隙處是應(yīng)力集中區(qū)，承載能力弱，當(dāng)受力時(shí)，孔隙擴(kuò)大形成長(zhǎng)裂紋，從而遭到破壞。

即使兩種具有相同孔隙率的層壓板（在同一養(yǎng)護(hù)周期運(yùn)用不同的預(yù)浸方法和制造方式），它們也表現(xiàn)處完全不同的力學(xué)行為。力學(xué)性能隨孔隙率的增加而下降的具體數(shù)值不同，表現(xiàn)為孔隙率對(duì)力學(xué)性能的影響離散性大且重復(fù)性差。由于包含大量可變因素，孔隙對(duì)復(fù)合材料層壓板力學(xué)性能的影響是個(gè)很復(fù)雜的問題。這些因素包含：孔隙的形狀、尺寸、位置；纖維、基體和界面的力學(xué)性能；靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的荷載。

相對(duì)于孔隙率和孔隙長(zhǎng)寬比，孔隙尺寸、分布對(duì)力學(xué)性能的影響更大些。并發(fā)現(xiàn)大的孔隙（面積0.03mm2）對(duì)力學(xué)性能有不利影響，這歸因于孔隙對(duì)層間富膠區(qū)的裂紋擴(kuò)展的產(chǎn)生影響。

碳纖維制備工藝

? ? ? ? 碳纖維(Carbon Fibre碳纖維結(jié)構(gòu)圖，簡(jiǎn)稱CF)是纖維狀碳纖維結(jié)構(gòu)圖的碳材料，及其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上（其中含碳量高于99%的稱石墨纖維）。碳纖維是有機(jī)纖維纖維經(jīng)預(yù)氧化、碳化成的纖維狀聚合物碳，既不屬于無(wú)機(jī)纖維，也不屬于有機(jī)纖維。碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度，高比模量，耐高溫，耐腐蝕，耐疲勞，抗蠕變，導(dǎo)電，傳熱，和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，它們既可以作為結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷，又可以作為功能材料發(fā)揮作用。碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多碳纖維結(jié)構(gòu)圖；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。因此碳纖維及其復(fù)合材料近年來(lái)發(fā)展十分迅速。

? ? ? ? ?可以用來(lái)制取碳纖維的原料有許多種，按它的來(lái)源主要分為兩大類，一類是人造纖維，如粘膠絲，人造棉，木質(zhì)素纖維等，另一類是合成纖維，它們是從石油等自然資源中提純出來(lái)的原料，再經(jīng)過處理后紡成絲的，如腈綸纖維，瀝青纖維，聚丙烯腈(PAN)纖維等。

? ? ? ?經(jīng)過多年的發(fā)展目前只有粘膠(纖維素)基碳纖維、瀝青纖維和聚丙烯腈(PAN)纖維三種原料制備碳纖維工藝實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。

? ? ? ? 用粘膠基碳纖維增強(qiáng)的耐燒蝕材料可以制造火箭、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)的鼻錐及頭部的大面積燒蝕屏蔽材料、固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等，是解決宇航和導(dǎo)彈技術(shù)的關(guān)鍵材料。粘膠基碳纖維還可做飛機(jī)剎車片、汽車剎車片、放射性同位素能源盒，也可增強(qiáng)樹脂做耐腐蝕泵體、葉片、管道、容器、催化劑骨架材料、導(dǎo)電線材及面發(fā)熱體、密封材料以及醫(yī)用吸附材料等。

? ? ? ?雖然它是最早用于制取碳纖維的原絲，但由于粘膠纖維的理論總碳量?jī)H44.5%實(shí)際制造過程熱解反應(yīng)中，往往會(huì)因裂解不當(dāng)，生成左旋葡萄糖等裂解產(chǎn)物而實(shí)際碳收率僅為30% 以下。所以粘膠(纖維素)基碳纖維的制備成本比較高，目前其產(chǎn)量已不足世界纖維總量的1% 。但它作為航空飛行器中耐燒蝕材料有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，由于含堿金屬、堿土金屬離子少，飛行過程中燃燒時(shí)產(chǎn)生的鈉光弱，雷達(dá)不易發(fā)現(xiàn)，所以在軍事工業(yè)方面還保留少量的生產(chǎn) 。

? ? ? ? 1965年，日本群馬大學(xué)的大谷杉郎研制成功了瀝青基碳纖維。從此，瀝青成為生產(chǎn)碳纖維的新原料，是目前碳纖維領(lǐng)域中僅次于PAN基的第二大原料路線。大谷杉郎開始用聚氯乙稀(PVC)在惰性氣體保護(hù)下加熱到400℃，然后將所制PVC瀝青進(jìn)行熔融紡絲，之后在空氣中加熱到260℃進(jìn)行不熔化處理，即預(yù)氧化，再經(jīng)炭化等一系列后處理得到瀝青基碳纖維。

? ? ? ? 目前，熔紡瀝青多用煤焦油瀝青、石油瀝青或合成瀝青。1970年，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的通用級(jí)瀝青基碳纖維上市，至今該公司仍在規(guī)?；a(chǎn)。1975年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corporation)開始生產(chǎn)高性能中間相瀝青基碳纖維“Thornel-P”，年產(chǎn)量237t。我國(guó)鞍山東亞精細(xì)化工有限公司于20世紀(jì)90年代初從美國(guó)阿石蘭石油公司引進(jìn)年產(chǎn)200t通用級(jí)瀝青基碳纖維生產(chǎn)線，1995年已投產(chǎn)，同時(shí)還引進(jìn)了年產(chǎn)45t活性碳纖維的生產(chǎn)裝置。

? ? ? ? ?PAN基碳纖維的炭化收率比粘膠纖維高，可達(dá)45%以上，而且因?yàn)樯a(chǎn)流程，溶劑回收，三廢處理等方面都比粘膠纖維簡(jiǎn)單，成本低，原料來(lái)源豐富，加上聚丙烯腈基碳纖維的力學(xué)性能尤其是抗拉強(qiáng)度，抗拉模量等為三種碳纖維之首。所以是目前應(yīng)用領(lǐng)域最廣，產(chǎn)量也最大的一種碳纖維。

? ? ? ? 聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)主要包括原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩個(gè)過程。?

? ? ? ? 原絲生產(chǎn)過程主要包括聚合、脫泡、計(jì)量、噴絲、牽引、水洗、上油、烘干收絲等工序。?

? ? ? ? 碳化過程主要包括放絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。

? ? ? ? ?PAN基碳纖維生產(chǎn)的流程圖如圖1所示。

? ? ? ? 在一定的聚合條件下，丙稀腈（AN）在引發(fā)劑的自由基作用下，雙鍵被打開，并彼此連接為線型聚丙烯腈（PAN）大分子鏈，同時(shí)釋放出17.5kcal/mol的熱量，即

? ? ? ?生成的聚丙烯腈(PAN)紡絲液經(jīng)過濕法紡絲或干噴濕紡等紡絲工藝后即可得到PAN原絲。

? ? ? ?預(yù)氧化和炭化過程生產(chǎn)線示意圖如圖2所示。

? ? ? ? 如圖2所示，PAN原絲經(jīng)整經(jīng)后，送入1#預(yù)氧化爐、2#預(yù)氧化爐制得預(yù)氧化纖維（俗稱預(yù)氧絲）；預(yù)氧絲進(jìn)入低溫炭化爐、高溫炭化制得碳纖維；碳纖維經(jīng)表面處理、上漿即得到碳纖維產(chǎn)品。全過程連續(xù)進(jìn)行，任何一道工序出現(xiàn)問題都會(huì)影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。全過程流程長(zhǎng)、工序多是多學(xué)科、多技術(shù)的集成。

? ? ? ?均聚PAN的玻璃化溫（Tg）為104℃，沒有軟化點(diǎn)，在317℃分解，共聚PAN的Tg大約在85~100℃范圍內(nèi)，共聚組分不同、共聚量的差異，使Tg隨之變化。共聚含量越多，Tg越低。預(yù)氧化的溫度控制在玻璃化溫度和裂解溫度之間，即200~300℃之間。預(yù)氧化的目的是使熱塑性PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu)，使其在炭化高溫下不熔不燃、保持纖維形態(tài)，熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài)。預(yù)氧化的梯形結(jié)構(gòu)使炭化效率顯著提高，大大降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，預(yù)氧絲（預(yù)氧化纖維OF）也是一種重要的中間產(chǎn)品，經(jīng)深加工可制成多種產(chǎn)品，直接進(jìn)入市場(chǎng)，并已在許多領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。

? ? ? ? ?PAN原絲經(jīng)預(yù)氧化處理后轉(zhuǎn)化為耐熱梯形結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過低溫炭化（300~1000℃）和高溫炭化（1000~1800℃）轉(zhuǎn)化為具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。在這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化過程中，較小的梯形結(jié)構(gòu)單元進(jìn)一步進(jìn)行交聯(lián)、縮聚，且伴隨熱解，在向亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的同時(shí)釋放出許多小分子副產(chǎn)物。同時(shí)，非碳元素O、N、H逐步被排除，C逐漸富集，最終形成含碳量90%以上的碳纖維。

? ? ? ? 另外，通過對(duì)碳纖維的進(jìn)一步石墨化還可以獲得高模量石墨纖維或高強(qiáng)度高模的MJ系列的高性能碳纖維。即在2000~3000℃高的熱處理溫度下牽伸石墨化，使碳纖維由無(wú)定型、亂層石墨結(jié)構(gòu)向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。

? ? ? ? 對(duì)于碳纖維來(lái)說，預(yù)氧化時(shí)間為近百分鐘，炭化時(shí)間為幾分鐘，石墨化時(shí)間較短，一般只有幾秒到數(shù)十秒。

? ? ? ? 1、實(shí)現(xiàn)原絲高純化、高強(qiáng)化、致密化以及表面光潔無(wú)暇是制備高性能碳纖維的首要任務(wù)。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始，實(shí)現(xiàn)一條龍生產(chǎn)。原絲質(zhì)量既決定了碳纖維的性質(zhì)，又制約其生產(chǎn)成本。優(yōu)質(zhì)PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件，這是多年經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

? ? ? ? 2、雜質(zhì)缺陷最少化，這是提高碳纖維拉伸強(qiáng)度的根本措施，也是科技工作者研究的熱門課題。在某種意義上說，提高強(qiáng)度的過程實(shí)質(zhì)上就是減少、減小缺陷的過程。

? ? ? ? 3、在預(yù)氧化過程中，保證均質(zhì)化的前提下，盡可能縮短預(yù)氧化時(shí)間。這是降低生產(chǎn)成本的方向性課題。

? ? ? ? 4、研究高溫技術(shù)和高溫設(shè)備以及相關(guān)的重要構(gòu)件。高溫炭化溫度一般在1300~1800℃，石墨化一般在2500~3000℃。在如此高的溫度下操作，既要連續(xù)運(yùn)行、又要提高設(shè)備的使用壽命，所以研究新一代高溫技術(shù)和高溫設(shè)備就顯得格外重要。如在惰性氣體保護(hù)、無(wú)氧狀態(tài)下進(jìn)行的微波、等離子和感應(yīng)加熱等技術(shù)。

1、預(yù)氧化爐碳

? ? ? ? 目前，大型預(yù)氧化爐采用多層運(yùn)行方式以提高生產(chǎn)效率。按照加熱空氣的組件在預(yù)氧化爐的內(nèi)部與外部的區(qū)別，這些大型預(yù)氧化爐可以分為內(nèi)熱循環(huán)式和外熱循環(huán)式兩種。外熱式可利用廢氣進(jìn)行再次熱交換，利于節(jié)能，如日本東麗公司的千噸級(jí)預(yù)氧化裝置就為該形式；而內(nèi)熱循環(huán)由于受熱風(fēng)均勻性限制，一般應(yīng)用于小型或試驗(yàn)線中。圖3為一種外熱循環(huán)式預(yù)氧化爐示意圖。

? ? ? ? 圖3所示的預(yù)氧化爐均為鋼板框架焊接結(jié)構(gòu)，分為三層，熱風(fēng)從頂部進(jìn)入爐膛，通過上層爐體安裝的孔板，形成一定的溫度梯度，均勻穿過絲束，使絲束發(fā)生預(yù)氧化反應(yīng)，從下層的循環(huán)風(fēng)出口通過過濾和再加熱后，從頂部循環(huán)進(jìn)入。為控制進(jìn)入爐膛內(nèi)部的熱空氣量，上部爐體設(shè)有解壓門(見圖示)，壓力到設(shè)定值時(shí)，解壓門自動(dòng)打開卸荷。由于PAN原絲易蓄熱，容易過熱而引起失火，故在上部爐體設(shè)有消防噴水管路。由于爐體高大，故內(nèi)部設(shè)有走臺(tái)。中部爐體部分在操作側(cè)設(shè)有移動(dòng)門，移動(dòng)門可正向移出，移動(dòng)門上設(shè)有透明觀察窗口，便于觀察絲束預(yù)氧化情況。由于該種形式的輥體在爐膛外部，因此在爐膛與外界之間設(shè)有預(yù)熱室，預(yù)熱室內(nèi)部的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)是單獨(dú)分開的。

2、炭化設(shè)備

? ? ? ? 炭化爐一般分為低溫炭化爐（300~1000℃）和高溫炭化爐（1000~1800℃）兩種。預(yù)氧絲先經(jīng)過低溫炭化爐，然后再進(jìn)入高溫炭化爐，兩者形成溫度梯度，以適應(yīng)纖維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。低溫炭化爐如圖4、圖5所示。

高溫炭化爐如圖6所示。

? ? ? ? 將耐熱梯型結(jié)構(gòu)的有機(jī)預(yù)氧絲經(jīng)過高溫?zé)崽幚磙D(zhuǎn)化為含碳量在92%以上的無(wú)機(jī)碳纖維，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備是碳化爐。工程實(shí)踐與研究表明：其核心技術(shù)是寬口碳化爐及其配套的迷宮密封、廢氣排除和牽伸系統(tǒng)。對(duì)于百噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線，爐口寬度需在1 m以上，而且要正壓操作，就需非接觸式迷宮密封裝置；為使熱解廢氣不污染纖維，排除系統(tǒng)要暢通而瞬時(shí)排出；牽伸系統(tǒng)則是制造高性能碳纖維重要手段。

3、石墨化爐

? ? ? ? 目前使用的石墨化爐大多是以石墨管為發(fā)熱體的臥式爐，圖5為一種塔姆式石墨化爐示意圖。

? ? ? ? 另外，還有以高能等離子體為熱源的石墨化爐、高頻石墨化爐，分別如圖6、圖7所示。

? ? ? ? 日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國(guó)，日本的三家企業(yè)：日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽(yáng)目前擁有全球丙烯腈基碳纖維 50%以上的市場(chǎng)份額。目前，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無(wú)論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的 “ 領(lǐng)頭羊” 。碳纖維最成熟的技術(shù)在日本。

? ? ? ? 美國(guó)是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家之一，同時(shí)又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費(fèi)國(guó)，約占世界總消費(fèi)量的 1/3。

? ? ? ? 世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、美國(guó)、德國(guó)等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)的臺(tái)灣省。其中，碳纖維最大生產(chǎn)商日本東麗、日本東邦、日本三菱麗陽(yáng)的產(chǎn)量合計(jì)占全球產(chǎn)量的一半以上。

? ? ? ? 2017 年全球碳纖維產(chǎn)能區(qū)域分布

參考資料：

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