碳纤维是以高质量聚丙烯腈(PAN)为原料经过特殊工艺加工而成,PAN基碳纤维束丝中拥有1000至48000根单丝,每根单丝直径为5-7μm。碳纤维通常与树脂一起固化形成复合材料。
与金属(例如铝)或其他纤维增强复合材料制造的零部件相比,碳纤维复合材料部件质量轻、强度大。独特的性能加之可设计性,令碳纤维成为各种工艺和应用的理想选择。
1、碳纤维的优异特性
1.1 主要力学性能:
①高强度
②高模量
③低密度
④低蠕变率
⑤吸振性良好
⑥耐疲劳
1.2 化学性能
①化学惰性
②无腐蚀性
③强耐酸、耐碱以及耐有机溶剂性zui
1.3 热学、电学性能
①低热膨胀
②低导热率
③低X光吸收率
④无磁性
⑤高导电率
2、碳纤维的生产流程
①碳纤维生产是高能耗的过程。由于加工都是准连续的过程,因此,每个产品批次的生产时间可能需要数周。
②生产从经过特别处理的高质量聚丙烯腈(PAN)原丝开始。
③然后,PAN原丝经过牵伸从而实现分子优化和结构取向。
④PAN原丝在线质量控制以确保过程的连续性和高效性。
⑤原丝接触高温空气,变成预氧化聚丙烯腈纤维。
⑥将PAN预氧化纤维置于氮气高温炉中,逐步升高的温度,碳化成碳纤维。碳纤维在1,000–1,500°C以上进行终碳化,令其获得强度和刚性,并确保其它材料性能。
⑦高模量碳纤维类型还要在2,000–3,000 °C下完成石墨化。
⑧对碳纤维进行表面处理或氧化蚀刻,令表面具有活性。
⑨涂覆聚合物涂层(上浆),提高纤维加工性、含浸性以及结合性。
⑩将连续纤维缠绕到线轴之上。
此外,还可切断形成短切碳纤维或经研磨形成研磨纤维。
3、碳纤维的加工方法
3.1 干法加工
①预成型体
②织物
③炭绳
④多轴向织物/无屈曲织物(NCF)
⑤单向织物/经编织物
⑥特种纸
3.2 湿法加工/配合树脂加工
①热固性预浸料
②热塑性带
③缠绕
④RTM、VARTM以及SCRIMP
⑤其它树脂注入工艺,譬如RIM与SRIM拉挤成型