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活性碳素纤维的详细介绍

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活性碳素纤维的详细介绍

发布日期:2015-08-26 00:00 来源:http://www.yuhdx.com 点击:

简介 

活性碳素纤维又称碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)。在国际上被誉为“黑色黄金”,它继石器和钢铁等金属后,被国际上称之为“第三代材料”,因为用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度,且超轻、耐高温高压。

 


特性 

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。

 


由来 

1880年美国爱迪生首先将竹子纤维碳化丝,作为电灯泡内之发光灯丝,开启了碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)之纪元。碳纤维用在结构材料,首先问世者,则以美国Union Carbide公司(U.C.C.)为代表,并于1959年将嫘萦纤维为原料,经过数千百度之高温碳化后,得到弹性率约40GPa,强度约为0.7GPa之碳纤维;尔后,1965年该公司又用相同原料于3000℃高温下延伸,开发出丝状高弹性率石墨化纤维,弹性率约500GPa,强度约为2.8GPa。

 

另外,于日本大阪工业技术试验所之进藤博士,则以Polyacrylonitrile(简称PAN)聚丙烯腈为原料,经过氧化与数千度之碳化工程后,得到弹性率为160GPa,强度为0.7GPa之碳纤维。1962年日本碳化公司(Nippon Carbon Co.)则用PAN为原料,制得低弹性系数(L.M.)之碳纤维。东丽公司亦以PAN纤维为原料,开发了高强度之CF,弹性率约为230GPa,强度约为2.8GPa,并于1966年起有每月量产1吨之规模;同时亦开发了碳化温度2000℃以上之高弹性率CF,弹性率约400GPa,强度约为2.0GPa。于1965年,群马大学大谷教授,利用加热氯乙烯(Vinyl Chloride)得到之沥青(Pitch),经过熔融纺丝、不融化与碳化工程处理后,得到普通级碳纤维;大谷教授亦可利用木质素(Lignin)为原料制作碳纤维。

 

碳纤维之需求量虽逐渐扩大,但1991年以后冷战结束后,军事用途之使用量萎缩,复因泡沫经济与景气萧条,供需失去平衡,产业受到冲击。然而,美国波音公司新锐机型B777之生产,加上土木、建筑、汽车与复合材料之扩大应用,碳纤维产业逐渐缓步成长中。


 


种类 

经高温处理后,其含碳量超过90%以上之纤维材料,称之为碳纤维。碳纤维之种类分类有许多方法,可依原料、特性、处理温度与形状来分类。若依原料可分为纤维素纤维系之嫘萦(Rayon)系与木质(Lignin)系;聚丙烯腈(Polyacrylonitrile)系;沥青(Pitch)系;酚树脂系与气相碳纤系等六种。若依特性则分为普通碳纤维;高强度高模数碳纤维与活性碳纤维等三种。普通碳纤维之强力在120㎏/㎜2以下,杨氏模数(Young掇 Modulus)在10000㎏/㎜2以下者称之;高强度高模数者,则强力在150㎏/㎜2以上,模数在17000㎏/㎜2以上时称之。

 

若依加工处理温度分类时,则可分为耐炎质;碳素质与石墨质等三种。耐炎质碳纤之处理加热温度为200~350℃,可供作电气绝缘体;碳素质碳纤之处理加热温度为500~1500℃,可供电气传导性材料用;石墨质碳纤之处理加热温度在2000℃以上,除耐热性与电气传导性提高外,亦具自我润滑性。

 

若按碳纤维制品之形状分类时,可分为棉状短纤维;长丝状连续纤维;纤维束(Tow);织物;毡毯与编制长形物等。

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