帝人东邦:什么是碳纤维?
碳纤维是用途及其广泛的材料,应用包括汽车零部件、高尔夫球杆以及飞机机翼等,它在我们生活中日益重要。
碳纤维是以经过特殊处理的高质量聚丙烯腈(PAN)为原料。PAN基碳纤维拥有1000至48000条碳丝,每条碳丝直径为5-7μm,都是微晶石墨结构。碳纤维通常与树脂一起固化成复合材料。同金属(例如铝)或其他纤维增强复合材料制造的零部件相比,这些碳纤维部件质量轻、强度大。
独特的性能可设计性,令碳纤维成为各种工艺和应用的理想选择。
机械数据与动力性能
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高强度
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高模量
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低密度
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低蠕变率
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吸振性良好
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耐疲劳
机械数据与动力性能
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高强度
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高模量
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低密度
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低蠕变率
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吸振性良好
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耐疲劳
化学性能
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化学惰性
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无腐蚀性
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强耐酸、耐碱以及耐有机溶剂性
热学性能
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低热膨胀
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低导热率
电磁性能
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低X光吸收率
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无磁性
电气性能
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高导电率
碳纤维加工
碳纤维既可以干法加工,又可以湿法加工/配合树脂加工。
干法加工:
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预成型体
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织物
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炭绳
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多轴向织物/无屈曲织物(NCF)
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单向织物/经编织物
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特种纸
湿法加工/配合树脂加工:
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热固性预浸料
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热塑带
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缠绕
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RTM、VARTM以及SCRIMP
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其它树脂注入工艺,譬如RIM与SRIM
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拉挤
碳纤维用途
碳纤维是航空航天、汽车、娱乐以及医疗应用中大荷载结构件的理想选择。此外,碳纤维还广泛应用于风力发电、能源以及化工行业。
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。
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生产从经过特别处理的高质量聚丙烯腈(PAN)原丝开始。
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然后,拉伸PAN原丝,优化分子和结构取向。
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PAN原丝在线质量控制确保过程的连续性和高效性。
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原丝接触高温空气,变成预氧化聚丙烯腈纤维。
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将聚丙烯腈纤维放置于氮气高温炉中,逐步升高的高温,碳化成碳纤维。碳纤维在1,000–1,500 °C以上进行最终碳化,令其获得强度和刚性,并确保其它材料性能。
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高模量类型还要在2,000–3,000 °C下完成石墨化。
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对碳纤维进行表面处理或蚀刻,令表面可以有效附着。
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涂覆聚合物涂层(上浆),提高纤维加工性、含浸性以及结合性。
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将连续纤维缠绕到线轴之上。
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此外,还可以切断或研磨纤维。
可再生能源和能源存储取决于碳纤维的强度、
热性能和电导率等等的技术。
可再生能源
海上与陆地风力发电在我们能源组合中的比例正在增大。增加风力发电量意味着对风力发电部件的需求在增加,这正是碳纤维大显身手的领域。使用碳纤维材料,可以制造更大的叶片,提高每个发电机组的输出功率。此外,碳纤维还可构成复合材料储能器的飞轮零件,所存储的能量要多于铝制或钢制储能器。
在我们从天空中获取的其它形式能源--太阳能中,碳纤维同样不可或缺。太阳能板边框与支撑板均可采用碳纤维材料制造。
东邦碳纤维在未来能源中仍将扮演主导作用,将会扩大应用于燃料电池、普通电池、太阳能板、储能飞轮,我们期待碳纤维所带来的创新。
压力容器
碳纤维还用于日益普及的天然气汽车与货车压缩天然气气瓶,以及燃料电池汽车中的氢气气瓶,燃料电池汽车被认为是未来最环保的汽车。
目前的主流是碳纤维缠绕加固铝制或塑料内胆制造的轻质、高压气瓶,您可以在城镇上看到使用碳纤维加固天然气瓶的汽车。
而且,运输压缩天然气用的大型气瓶也可采用碳纤维绕丝方法制造。
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