碳纖維還具有極好的纖度(纖度的表示法之一是9000米長(zhǎng)纖維的克數(shù)),一般僅約為19克,拉力高達(dá)300kg每微米。幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能, 因此在旨度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域。在不接觸空氣和氧化劑時(shí),碳纖維能夠耐受3000度以上的高溫,具有突出的耐熱性能,與其他材料相比,碳纖維要溫度高于1500℃時(shí)強(qiáng)度才開始下降,而且溫度越高,纖維強(qiáng)度越大。碳纖維的徑向強(qiáng)度不如軸向強(qiáng)度,因而碳纖維忌徑向強(qiáng)力(即不能打結(jié))而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能,如在液氮溫度下也不脆化。
PAN基碳纖維
PAN基碳纖維的生產(chǎn)工藝主要bao括原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩個(gè)過程:首先通過烯腈聚合和紡紗等一系列工藝加工成被稱為'母體'的聚烯腈纖維或原絲, 將這些原絲放入氧化爐中在200到300℃進(jìn)行氧化,還要在碳化爐中,在溫度為1000到2000℃下進(jìn)行碳化等工序制成碳纖維。
瀝青基碳纖維
美國(guó)發(fā)明了紡織瀝青基碳纖維用的含有基金屬中間相瀝青,原絲經(jīng)穩(wěn)定化和碳化后,碳纖維的拉伸強(qiáng)度為3.5G帕,模量為252G帕;法國(guó)研制了耐熱和高導(dǎo)電的中間相瀝青基碳纖維;波蘭開發(fā)了新型金屬涂覆碳纖維的方法,例如涂覆銅的瀝青基碳纖維是用混合法制成,先用銅鹽與各向同性煤瀝青混勻,進(jìn)行離心紡絲,在空氣中穩(wěn)定化并在高溫氫氣中處理,得到合金銅的碳纖維。 世界瀝青基碳纖維的生產(chǎn)能力較小,國(guó)內(nèi)瀝青基碳纖維的研究和開發(fā)較早,但在開發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用方面與國(guó)外相比有較大的差距。
碳纖維管的制作工藝
碳纖維管又稱碳素纖維管,也稱碳管,碳纖管,是采用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙稀基聚脂樹脂經(jīng)加熱固化拉擠(纏撓)而成。在制過程中,可以通過不同的模具生產(chǎn)出各種型材,如:不同規(guī)格的碳纖維圓管,不同規(guī)格的方管,不同規(guī)格的片材,以及其它型材:在制作過程中也可以bao3K進(jìn)行表面bao裝美化等等
碳纖維管的特點(diǎn)
1、抗拉強(qiáng)度高:碳纖維的強(qiáng)度是鋼材的6-12倍,可達(dá)到3000mpa以上。
2、密度小、重量輕。密度只有鋼材的1/4不到。
碳纖維管的基本性質(zhì)碳納米管是一種晶格結(jié)構(gòu),由石墨網(wǎng)格薄膜卷繞而成。這一管狀結(jié)構(gòu)的直徑為1-3納米,大約是人頭發(fā)直徑的萬(wàn)分之一。碳納米管長(zhǎng)可達(dá)幾萬(wàn)納米,因此具有非同尋常的長(zhǎng)徑比(大可達(dá)到10,000:1),這也是影響其性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)品而言,最常見的是單壁碳納米管(SWCNT)和多壁碳納米管(MWCNT). 顧名思義,單壁碳納米管(SWCNT)就是由一層管結(jié)構(gòu)組成。而多壁碳納米管(MWCNT)則含有兩層或多層管狀結(jié)構(gòu),且直徑在碳納米管內(nèi)逐漸變大。由于這一原因,多壁碳納米管(MWCNT)的直徑相對(duì)會(huì)稍微大一些,為8-10納米。與多壁碳納米管(MWCNT)相比,單壁碳納米管(SWCNT)具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性能,不過其價(jià)格相對(duì)而言也更高,且不易加工。因此,目前復(fù)合材料零部件應(yīng)用的比較多的還是多壁碳納米(MWCNT)。
碳纖維管具有強(qiáng)度高,壽命長(zhǎng)、耐腐蝕,質(zhì)量輕、低密度等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于風(fēng)箏、航空模型飛機(jī)、燈用支架、PC設(shè)備轉(zhuǎn)軸、蝕刻機(jī)、醫(yī)療器械、體育器材等機(jī)械設(shè)備。尺寸穩(wěn)定、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)小、自潤(rùn)滑和吸能抗震等一系列優(yōu)異性能。并具有高比模、耐疲勞、抗蠕變、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損等。
缺點(diǎn)是具有導(dǎo)電性(Ωcm——1.5×10-3),優(yōu)點(diǎn)是有非常好的抗張強(qiáng)度(如以12000細(xì)絲數(shù)單位計(jì)算,其抗張強(qiáng)度為kg/mm2——400)。
用于碳纖維管生產(chǎn)方面的碳纖維含量多少,直接決定其力學(xué)性能表現(xiàn)和價(jià)值。碳纖維管具有質(zhì)輕、堅(jiān)實(shí)、抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn),但在使用時(shí)應(yīng)特別注意防電。