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碳纖維預(yù)氧化過程中的物性變化

文章出處:網(wǎng)絡(luò)責(zé)任編輯:編輯人氣:發(fā)表時(shí)間:2018-06-25【

  碳纖維是用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、酚(phenol)醛(aldehyde)纖維為原料制造而成的,其中最重要的兩個(gè)步驟是預(yù)氧(Oxygen)化和石墨(化學(xué)式C )化,這是為了篩除纖維原料中除碳以外的雜質(zhì),讓它的含碳量最終達(dá)到95%以上。碳纖維復(fù)合材料在復(fù)合材料大家族中,纖維增強(qiáng)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。自玻璃纖維與有機(jī)樹脂復(fù)合的玻璃鋼問世以來,碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相繼研制成功,性能不斷得到改進(jìn),使其復(fù)合材料領(lǐng)域呈現(xiàn)出一派勃勃生機(jī)。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復(fù)合材料。本文小編要和大家說的是碳纖維預(yù)氧化(oxidation)過程(guò chéng)中的物性變化。

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    1、牽引與收縮。在預(yù)氧(Oxygen)化過程(guò chéng)中,會(huì)出現(xiàn)兩類收縮:物理收縮和化學(xué)收縮。在熱氧化環(huán)境中,大分子鏈的布朗熱運(yùn)動(dòng)要加快,鏈段或鏈節(jié)要解取向,出現(xiàn)更多的構(gòu)象,使其處于熱力學(xué)穩(wěn)定(解釋:穩(wěn)固安定;沒有變動(dòng))狀態(tài)。這種物理收縮大多發(fā)生在200℃以下,需加張力抑制收縮,否則纖維疏松而沒有強(qiáng)力。即使實(shí)施牽伸措施(指針對問題的解決辦法),仍然存在一定程度的解取向。     2、溫度和溫度梯。溫度和溫度梯度的設(shè)置是預(yù)氧化的主要工藝參數(shù),備受人們的關(guān)注。目前大致分為兩大類型,一是低溫慢速預(yù)氧化,二是高溫快速預(yù)氧化。在20世紀(jì)90年代,大多采用低溫慢速,而目前大多采用高溫快速法。在200℃之前,纖維主要發(fā)生物理過程,200℃之后,主要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。     3、纖維強(qiáng)度(strength)的下降。在預(yù)氧化過程中,隨著預(yù)氧化進(jìn)行原絲的拉伸強(qiáng)度逐步(step by step)下降,這是因?yàn)閭?cè)鏈氰基轉(zhuǎn)化為梯形結(jié)構(gòu),使大分子鏈之間的內(nèi)聚能高密度(單位:g/cm3或kg/m3)顯著(striking)下降,再加之大分子鏈的熱解,致使拉伸強(qiáng)度下降。拉伸強(qiáng)度的下降的程度取決于芳構(gòu)化指數(shù)。一般來說,預(yù)氧化處理(chǔ lǐ)后,纖維的拉伸強(qiáng)度幾乎降到原來的一般。這不要緊,因?yàn)樵诤竺娴墓ば蛑袝?huì)提升強(qiáng)度。     4、密度的變化。隨著預(yù)氧化反應(yīng)的發(fā)生,纖維密度逐步提高。原因主要有一下幾個(gè):

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  ①氫的包含比重逐步(step by step)下降(descend),結(jié)合氧(Oxygen)量逐步增加,分子量較大的元素氧逐步取代分子量輕的氫;
  ②分子的線長度縮小,致使密度(單位:g/cm3或kg/m3)提高;
  ③牽伸力使縱向伸長和徑向收縮,促進(jìn)了密度的提高;
  ④分子間的交聯(lián)或縮聚使分子間的次價(jià)鍵力轉(zhuǎn)變?yōu)閮r(jià)鍵力。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)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(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱耍饲笆澜缟咸祭w維技術(shù)發(fā)達(dá)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(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國家的嚴(yán)格控制。     預(yù)氧(Oxygen)化(oxidation)是雖然只是碳(C)纖維制造過程(guò chéng)中的一個(gè)步驟(procedure),但涉及的網(wǎng)站內(nèi)容知識(zhī shí)也很多,關(guān)于聚丙烯腈基碳纖維預(yù)氧化的全過程,有興趣的話可以看看這篇文章,想了解(Find out)更多碳纖維的內(nèi)容請關(guān)注官網(wǎng),我們會(huì)定期更新相關(guān)(related)內(nèi)容。      123456

 
 

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