目前,市場(shì chǎng)上供應的碳纖維按原料分有粘膠碳纖維、聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維三類。碳纖維制品就是指以碳纖維預浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維手機殼外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國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,是新一代增強纖維。碳纖維復合材料此前世界上碳纖維技術發(fā)達的國家(美國、德國、日本、韓國),對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術,保持著極其謹慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進口,還受到發(fā)達國家的嚴格控制。用人選絲制造碳纖維的歷史可以追溯到1880年愛迪生發(fā)明的白熾電燈絲,但那種碳纖維含有大量孔隙,是非常脆弱的。近代碳纖維的研究起始于本世紀50年代中期,那時是在1000℃下的惰性氛圍中處理(chǔ lǐ)人造絲來制備碳纖維,其抗張強度僅為275MPa。1959年出現(xiàn)了低溫預處理(chǔ lǐ)、高溫再碳化的分段工藝,使碳纖維的抗張強度提高到330-900MPa之間。
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在60年代進行廣泛研究的荃礎上,發(fā)現(xiàn)碳纖維的強度和模量與它的晶體結(jié)構(gòu)有關,理想的結(jié)構(gòu)應為無明顯孔隙的石般結(jié)構(gòu),且其晶體沿纖維軸取向。碳纖維復合材料在之前還有一種說法是,碳纖維制品與同等質(zhì)量的金屬材料相比,碳纖維的強度等于金屬強度的12陪。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強度大,硬度高,遠超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領域有著廣泛的應用。Bacon指出,當石墨基面平行于纖維軸時,其杭張強度高于20GPa,彈性模量高于690GPa,并得出理論上最大彈性模量為1000GPa。為了盡可能接近這種理想結(jié)構(gòu),應從以下三個方面改進技術措施。第一是原材料(Material)的選擇(xuanze),應該選擇(xuanze)碳化過程(guò chéng)中殘?zhí)剂扛撸е厣僖宰畲蠡瘻p少收縮,同時還應有高度的分子取向性,并能在后序工藝階段得以保持。第二是碳化前的預處理(chǔ lǐ),處理(chǔ lǐ)的目的是穩(wěn)定(wěn dìng)碳纖維,防止它熔化或分解。第三是碳化、石墨化工藝的選擇(xuanze),這個階段的工藝對碳纖維的力學能力有很大的影響(influence),特別是抗拉強度和模量。 除了上述的處理(chǔ lǐ)外,不能忘了碳纖維的表面處理(chǔ lǐ),它能讓碳纖維和基體材料(Material)結(jié)合緊密。
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