碳纖維電熱管的培訓(xùn)材料

1、碳纖維電熱管的培訓(xùn)材料碳纖維是一種新型的高性能纖維增強(qiáng)材料，它具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和遠(yuǎn)紅外輻射等諸多優(yōu)異性能。它可以依復(fù)合材料形式減輕構(gòu)件重量，從而提高構(gòu)件的技術(shù)性能?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航天航空、新型紡織機(jī)械、石油化工、醫(yī)藥器械、汽車、機(jī)械制造、建筑行業(yè)、文體用品、電信、電加熱等高新技術(shù)領(lǐng)域。它的廣泛應(yīng)用將會(huì)極大的改變我們的生活方式和提高我們的生活質(zhì)量。用碳纖維復(fù)合的工程材料優(yōu)于金屬材料，其抗拉強(qiáng)度高于鋼材于34倍；剛度高于23倍；耐疲勞性高于2倍；重量比鋼材輕34倍；熱膨脹小45倍。它的出現(xiàn)使纖維復(fù)合材料具有更廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。隨著各種纖維材料

2、增強(qiáng)技術(shù)逐漸變的與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣重要，碳纖維材料的發(fā)展過(guò)程先后引起了諸多發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的關(guān)注, 才有了碳纖維材料今天大力發(fā)展的形勢(shì)。在碳纖維材料的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，科技工作者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，碳纖維材料是進(jìn)入二十一世紀(jì)的最具誘惑的纖維增強(qiáng)材料。一、碳纖維的分類及技術(shù)背景碳纖維是以聚丙烯腈纖維、粘膠纖維或?yàn)r青纖維為原絲，通過(guò)加熱除去碳以外的其它一切元素制得得一種高強(qiáng)度、高模量纖維，它有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性能，是高性能增強(qiáng)復(fù)合材料中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料。根據(jù)炭化溫度的不同，碳纖維分為三種類型：普通型（A型）碳纖維  是指在9001200下炭化得到的碳纖維。這種碳纖維強(qiáng)度和彈性模量都較低，一

3、般強(qiáng)度小于107.7cN/tex,模量小于13462cN/tex。高強(qiáng)度型（型或C型）碳纖維  是指在13001700下炭化得到的碳纖維。這種纖維強(qiáng)度很高，可達(dá)138.4166.1cN/tex，模量約為1384216610cN/tex。高模量型（型或B型）碳纖維  又稱石墨纖維，它是指在炭化后再經(jīng)2500以上高溫石墨化處理得到的碳纖維。這類碳纖維具有較高的強(qiáng)度，約為97.8122.2cN/tex,模量很高，一般可達(dá)17107cN/tex以上，有的甚至高達(dá)31786cN/tex。根據(jù)制作原料不同可分為4類：1、聚丙烯腈（PAN）基碳纖維作為高性能纖維的一種，碳纖維既有碳材料的

4、固有本征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代軍民兩用新材料，已廣泛用于航空航天、交通、體育與休閑用品、醫(yī)療、機(jī)械、紡織等各領(lǐng)域。 美國(guó)聯(lián)合碳化物公司（UCC）于1959年開(kāi)始最早生產(chǎn)粘膠基碳纖維，五六十年代是粘膠基碳纖維的鼎盛時(shí)期，雖然目前已開(kāi)始衰退，但是它作為耐燒蝕材料至今仍占有一席之地。1959年，日本研究人員發(fā)明了用聚丙烯腈（PAN）原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)皇家航空研究院研制出了制造高性能PAN基碳纖維時(shí)技術(shù)流程，使其發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨?，PAN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流。產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90左右。1974年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司開(kāi)始了高性能中間相瀝青基碳纖維Tho

5、rnelP55的研制，并取得成功。目前ThornelP系列高性能瀝青碳纖維仍是最好的產(chǎn)品，這樣就形成了PAN基、瀝青基和粘膠基碳纖維的三大原料體系。 我國(guó)從20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始研制碳纖維，至今已有三十多年的歷史。1976年在中科院山西煤炭化學(xué)研究所建成我國(guó)第一條PAN基碳纖維擴(kuò)大試驗(yàn)生產(chǎn)線，產(chǎn)品性能基本達(dá)到日本東麗公司的T200，國(guó)內(nèi)也叫做高強(qiáng)型碳纖維。我國(guó)從“六五”開(kāi)始研制高強(qiáng)型碳纖維（相當(dāng)于T300），但歷經(jīng)20年，產(chǎn)品性能指標(biāo)仍未達(dá)到T300標(biāo)準(zhǔn)，至今仍處于中試放大階段。PAN基碳纖維因其具有的高強(qiáng)度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕、優(yōu)異的電性能等特點(diǎn)，在與其他纖維的競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展壯大。

6、目前世界主要聚丙烯腈（PAN）基碳纖維生產(chǎn)廠家的總生產(chǎn)能力已達(dá)到31650噸的規(guī)模，僅次于芳綸，躍居世界高性能纖維的第二位。 聚丙烯腈（PAN）基碳纖維有兩大類，即大絲束碳纖維（LT）和小絲束碳纖維（CT）。20世紀(jì)90年代中期以前世界上生產(chǎn)的都是CT型碳纖維。1996年美國(guó)在LT型碳纖維技術(shù)上取得重大突破并進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)出位伸強(qiáng)度可以與CT型碳纖維相媲美的LT型碳纖維，逐漸取代了原來(lái)由CT型碳纖維獨(dú)占的軍事國(guó)防、航空航天、體育休閑等應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)而廣泛地向其他領(lǐng)域滲透和發(fā)展。 LT型碳纖維與CT型碳纖維相比，有下列兩方面優(yōu)勢(shì)：一是LT型碳纖維可以采用民用聚丙烯腈絲作為制造碳纖維的原絲，

7、而民用聚丙烯腈絲作為普通化工品可以在國(guó)際市場(chǎng)自由購(gòu)買。CT型碳纖維生產(chǎn)需用高性能特種原絲，這種原絲制備技術(shù)是CT型碳纖維生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，日本、美國(guó)等主要生產(chǎn)公司長(zhǎng)期以來(lái)不但對(duì)高性能特種原絲制備技術(shù)高度保密、不肯轉(zhuǎn)讓，而且也不出售高性能特種原絲產(chǎn)品，這就使CT型碳纖維長(zhǎng)期壟斷在少數(shù)日、美公司手中。LT型碳纖維技術(shù)的進(jìn)展，打破了一直由少數(shù)日、美公司壟斷的局。二是民用聚丙烯腈絲的價(jià)格的25，而通常原絲價(jià)格約占制備碳纖維的性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CT型碳纖維。 世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團(tuán)和美國(guó)的卓爾泰克（ZOLTEK）、阿克蘇（AKZO）、阿爾迪拉（ALDIL1）和德

8、國(guó)的SGL公司等。其中日本三大集團(tuán)占世界生產(chǎn)能力的75。世界CT型碳纖維總生產(chǎn)能力為22100噸/年；LT型碳纖維總生產(chǎn)能力為9550噸/年；實(shí)際生產(chǎn)量約為7000噸/年。 現(xiàn)在PAN基碳纖維在國(guó)外獲得應(yīng)用的主要領(lǐng)域有：航空航天工業(yè)，地面交通工具，如汽車、賽氣、快速列車等，造船工業(yè)、碼頭和海上設(shè)施，體育用品與休閑用品，電子產(chǎn)品，基礎(chǔ)設(shè)施以及造紙、紡織、醫(yī)療器械、化工、冶金、石油、機(jī)械工業(yè)等領(lǐng)域，要求零部件在高強(qiáng)度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕等環(huán)境下工作。 2、粘膠基炭纖維(Rayon Carbon Fiber) 18世紀(jì)中期，英國(guó)人約瑟夫.斯旺(J.Swon) 和美國(guó) 人愛(ài)迪生 (E.Td

9、isin) 利用棉、竹等天然纖維素經(jīng)過(guò)一系列后處理制造炭絲，試制電燈的 燈絲。世界上第一盞電燈的燈絲就是用愛(ài)迪生制造出的炭絲。之后，由于發(fā)明了鎢絲的制造 方法，它更有效地將電能轉(zhuǎn)換為光能，且使用壽命長(zhǎng)，一直沿用至今。從此，炭絲的研制工 作停頓下來(lái)，無(wú)人問(wèn)津。但是，斯旺和愛(ài)迪生發(fā)明的粘膠炭絲制造方法為后人繼續(xù)研制粘膠 基炭絲奠定了基礎(chǔ)，他們無(wú)愧是研制炭纖維的先驅(qū)。本世紀(jì)50年代初，隨著冷戰(zhàn)和新一輪軍備競(jìng)賽開(kāi)始，航天航空和軍事工業(yè)等尖端技術(shù)得到 迅猛發(fā)展，人們尋求具有高比強(qiáng)度、高比模量和耐燒蝕等特性的新型材料，它為炭纖維的 發(fā)展提供了良機(jī)。炭纖維的研究與開(kāi)發(fā)又引起各國(guó)的極大關(guān)注。1950年，美國(guó)帕

10、斯空軍基地 開(kāi) 始研制粘膠基炭纖維，與此同時(shí)美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(UCC)也投入大量人力、物力和財(cái)力進(jìn) 行開(kāi)發(fā)，最早上市商品化炭纖維 Thornel-25就是該公司的第一代產(chǎn)品。50年代60年代 ，是粘膠基炭纖維發(fā)展的鼎盛時(shí)期。之后，隨著PAN基、瀝青基炭纖維的相繼問(wèn)世和強(qiáng)勁發(fā) 展，粘膠基炭纖維工業(yè)受到很大沖擊，逐步萎縮，但仍保留著小規(guī)模的生產(chǎn)能力。前蘇聯(lián)在 70年代初開(kāi)始研制粘膠基炭纖維，目前無(wú)論是質(zhì)量、產(chǎn)量、品種和應(yīng)用都居世界之首。當(dāng)前 世界上研究和生產(chǎn)粘膠基炭纖維的主要國(guó)家有俄羅斯、白俄羅斯、烏克蘭、美國(guó)、印度和中 國(guó)，粘膠基炭纖維總產(chǎn)量?jī)H占世界炭纖維總量V/的1%左右。生產(chǎn)粘膠基炭纖維的

11、原料主要有木漿和棉漿。美國(guó)、俄羅斯和白俄羅斯采用木漿，我國(guó)則 以棉漿為主。天然纖維素漿粕配制成紡絲液，用濕法紡制成粘膠連續(xù)長(zhǎng)絲。粘膠纖維經(jīng)水洗 和浸漬催化劑后，再經(jīng)預(yù)氧化和炭化工序就可轉(zhuǎn)化為炭纖維。浸漬催化劑和預(yù)氧化處理是制 造粘膠基炭纖維的重要工序，是由有機(jī)纖維粘膠絲轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)炭纖維的關(guān)鍵所在。粘膠基炭纖維在結(jié)構(gòu)和性能上有許多獨(dú)道之處，其它種類炭纖維無(wú)法與其比擬，因而 不 會(huì)被徹底淘汰出局。它的獨(dú)特性能主要表現(xiàn)在：比重小，一般比PAN基、瀝青基小15%左右， 所制復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)輕量化效果更顯著；屬于難石墨化炭，類似玻璃炭，層間距d002大，石墨微晶不發(fā)達(dá)，排列紊亂、取向度低、強(qiáng)度低、模量低、

12、伸度大，屬于大伸長(zhǎng)型炭纖維，韌性好，易深加工；堿、堿土金屬含量低，抗氧化和熱穩(wěn)定好， 耐 燒蝕；它由天然纖維素轉(zhuǎn)化而來(lái)，生物相容性好，這也是其它類型炭纖維無(wú)法與其比擬的。 由于粘膠基炭纖維具有上述特性，在某些領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。粘膠基炭纖維主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：(1)戰(zhàn)略武器方面的應(yīng)用。美國(guó)和俄羅斯把粘膠 炭 纖維增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂復(fù)合材料用于戰(zhàn)略武器的隔(防)熱材料，利用了粘膠基炭纖維耐燒蝕的特 性和酚醛樹(shù)脂殘?zhí)剂扛?、焦化?qiáng)度高和發(fā)煙量少的性能，兩者的性能疊加，使其復(fù)合材料的 綜合性能優(yōu)異無(wú)比，成為當(dāng)今仍是不可取代的防熱材料。美國(guó)和俄羅斯仍保留有年產(chǎn)百噸級(jí) 粘膠基炭纖維的生產(chǎn)能力，原因就在于此。(

13、2)隔熱保溫材料。材料的熱導(dǎo)率與其密度成正 比，低密度的粘膠炭纖維賦予其優(yōu)異的隔熱保溫性能。此外，炭材料靠晶格波傳熱，它的La 較小，也使其具有隔熱保溫性能。軟式和硬式炭氈作為隔熱保溫材料已得到廣泛應(yīng)用。(3) 各類加熱器。利用粘膠基炭纖維的導(dǎo)電性和柔軟可加工性來(lái)制造各類加熱器材。炭纖維、炭 帶、炭布和炭紙都可作為發(fā)熱元件，可與橡膠、塑料、無(wú)機(jī)絕緣材料 復(fù)合制造各種形狀、不同功率、不同用途的加熱器材。俄羅斯在這方面的應(yīng)用開(kāi)發(fā)相當(dāng)成功 ，值得我們借鑒。(4)醫(yī)用生物材料。利用粘膠基炭纖維與生物的相容性制造醫(yī)用生物材 料，如醫(yī)用電極和探頭、韌帶，骨夾板和假骨。值得一提的是外傷包扎帶(繃帶)，已在俄

14、羅 斯等國(guó)得到實(shí)際應(yīng)用，是值得研制和推廣的項(xiàng)目。此外，粘膠基炭纖維經(jīng)活化處理后可制得 活性炭纖維，柔軟性和可深加工性也是無(wú)比優(yōu)異的。粘膠基炭纖維能否東山再起?取決于它的系統(tǒng)工程創(chuàng)新。 3、瀝青基炭纖維(Pitch Based Carbon Fiber) 瀝青基炭纖維是以燃料系或合成系瀝青原料為前驅(qū)體，經(jīng)調(diào)制、成纖、燒成處理而制成的纖維狀炭材料。瀝青炭纖維在20世紀(jì)60年代初由日本學(xué)者大谷杉郎首先研制成功，并于1970年由日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。此后，由于碳質(zhì)中間相的發(fā)現(xiàn)和“液相炭化”工藝的開(kāi)發(fā)，特別是美國(guó)學(xué)者Singe等人在70年代用中間相瀝青制造高性能連續(xù)瀝青炭纖維工藝的開(kāi)發(fā)成功

15、，使瀝青炭纖維的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。由美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(UCC)制造的以“Thornel-P”為代表的高性能級(jí)瀝青炭纖維問(wèn)世，標(biāo)志著瀝青炭纖維工藝趨于成熟，成為繼聚丙烯腈基炭纖維之后又一新型炭纖維材料。煤及石油加工副產(chǎn)物以及合成瀝青均可作為瀝青炭纖維的原料。瀝青調(diào)制是瀝青炭纖維制造中的一項(xiàng)重要工藝步驟，原料瀝青經(jīng)熱致和溶致等主要調(diào)制手段，得到的調(diào)制瀝青可作為紡絲瀝青。調(diào)制成的紡絲用瀝青原料，因其調(diào)制方法的不同而呈不同的特性，一般分為兩類，即普通紡絲用瀝青(各向同性瀝青)，高性能紡絲用瀝青(中間相或潛在中間相型瀝青)。瀝青調(diào)制處理是使調(diào)制成的瀝青的組成結(jié)構(gòu)盡量整齊均勻的處理工藝。因?yàn)橛?/p>

16、于熔融紡絲的這種調(diào)制瀝青，決定著瀝青的可紡性、熱穩(wěn)定性、流變特性以及炭化收率等性狀，并關(guān)系到由其制成的炭纖維的性能。原料來(lái)源不同，其調(diào)制將會(huì)涉及到多項(xiàng)化學(xué)化工技術(shù)，諸如瀝青的氧化、氫化、樹(shù)脂化、晶質(zhì)化等方法。普通瀝青基炭纖維的紡絲用原料調(diào)制工藝比較簡(jiǎn)單，一般是將原料瀝青的雜質(zhì)微粒(4 m)去除后經(jīng)加熱處理，制成軟化點(diǎn)180 以上的瀝青，即可作為紡絲用瀝青。具有高強(qiáng)度、高模量的高性能連續(xù)瀝青基炭纖維，其紡絲用原料的調(diào)制比較復(fù)雜，原料瀝青須經(jīng)過(guò)一系列預(yù)處理除去雜質(zhì)，精制，再在調(diào)整壓力下加熱處理，使其中的稠環(huán)芳烴分子縮合成中間相小球，并進(jìn)一步融并成具有可紡性的中間相體，以此作為紡絲用瀝青。近年來(lái)又開(kāi)

17、發(fā)出以純芳烴(如萘)縮聚的合成瀝青為原料，也取得良好的效果，并已在日本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。調(diào)制得到的紡絲用瀝青，可應(yīng)用熔融紡絲原理紡成瀝青纖維。一般普通紡絲用瀝青紡成短毛型纖維或直接成氈，所用的成纖方法有渦流紡、噴紡、離心紡等。高性能紡絲用瀝青多紡成連續(xù)瀝青長(zhǎng)絲，大體上可采用化纖紡絲設(shè)備進(jìn)行連續(xù)長(zhǎng)纖維紡制。由于瀝青的冷脆特性，在長(zhǎng)絲紡制過(guò)程中，對(duì)瀝青長(zhǎng)絲的集束、上油、牽伸等工藝操作步驟，要求十分嚴(yán)格，必須精細(xì)控制。紡得的瀝青纖維，其截面依噴絲孔形狀而定，一般為圓形，也有三葉形(Y)，十字形(+)等非圓截面，還可紡成空心的中空纖維。紡成的瀝青纖維，經(jīng)過(guò)不熔化、炭化、石墨化等熱處理，分別得到瀝青的不熔

18、化纖維、炭纖維或石墨纖維。瀝青纖維的不熔化處理，在氧化性氣氛中進(jìn)行，最高處理溫度約330 左右。在此過(guò)程中瀝青大分子間通過(guò)氧化交聯(lián)等反應(yīng)，使瀝青纖維轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗刍w維，由此保持纖維形態(tài)。炭化是在惰性氣氛中進(jìn)行，通常處理溫度為1000 1500 左右，使不熔化瀝青纖維排除非碳原子形成瀝青炭纖維。炭纖維的石墨化處理，通常是在2500 左右的惰性氣氛中進(jìn)行，促進(jìn)瀝青多環(huán)芳烴分子沿纖維軸定向，以提高纖維的彈性模量等力學(xué)性能和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性。由瀝青制造的炭纖維，根據(jù)工藝條件的差異，可呈現(xiàn)不同的物化特性。從力學(xué)性能上比較，可以分成普通級(jí)(GP)、高性能級(jí)(HP)，以及介于GP與HP之間的中等性能級(jí)等幾類。普通

19、瀝青基炭纖維(GP-PCF)為光學(xué)上各向同性的炭纖維，力學(xué)性能較低；高性能瀝青基炭纖維(HP-PCF)則為光學(xué)各向異性的炭纖維，抗拉強(qiáng)度和模量等力學(xué)性能很高。這種物性上的差異，主要在于后者紡絲用的調(diào)制瀝青為中間相或潛在中間相型瀝青。高性能級(jí)瀝青炭纖維，可與PAN基炭纖維媲美，用于航天、航空及高級(jí)運(yùn)動(dòng)器材；普通級(jí)瀝青炭纖維則在民用工業(yè)中具有廣泛用途，如用作隔熱材料、磨耗制動(dòng)材料、耐腐蝕材料、導(dǎo)電和屏蔽材料、音響材料等等，尤其在建筑材料方面作為水泥增強(qiáng)材料，用量很大，令人矚目。盡管瀝青基炭纖維具有原料便宜、碳收率高、易制得超高模型炭纖維等優(yōu)點(diǎn)，然而，要得到高性能炭纖維，其加工過(guò)程復(fù)雜，難以獲得高抗

20、拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度。因此，雖在80年代有較快發(fā)展，但至今仍不能取代聚丙烯腈基炭纖維的主導(dǎo)地位，只是由于其具有某些其它種類炭纖維無(wú)法比擬的特性而進(jìn)行一定量的生產(chǎn)。4、氣相生長(zhǎng)碳纖維(VAPOR GROWN CARBON FIBER) 早在上個(gè)世紀(jì)末，人們?cè)谘芯繜N類熱裂解及一氧化碳岐化反應(yīng)時(shí)，就已發(fā)現(xiàn)，在催化劑表面生成的結(jié)炭中也有炭絲(CF)共存，這是氣相生長(zhǎng)炭纖維(VGCF)的最早發(fā)現(xiàn)。但采用催化劑有目的地研制這種纖維狀炭，則是近1/4世紀(jì)以來(lái)的事。日本信州大學(xué)小山恒夫教授最早研制這種CF，他在制備半導(dǎo)體材料過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在有鐵粒子催化劑存在的基板上，總能生長(zhǎng)出這種CF，受此啟發(fā)，他把注意力轉(zhuǎn)到了“

21、以炭纖維制備為中心的氣相生長(zhǎng)及其應(yīng)用”上。從70年初開(kāi)始進(jìn)行了大量探索工作，發(fā)表了一系列研究報(bào)告和相關(guān)資料，并以氣相生長(zhǎng)炭纖維(Vapor Grown Carbon Fiber)命名這種纖維狀炭。此后，日本等一些國(guó)家的科研院所，也相繼研發(fā)了此類纖維，從制備技術(shù)、生長(zhǎng)機(jī)理、結(jié)構(gòu)特征、性能和應(yīng)用等方面，進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。VGCF的這種稱謂也獲國(guó)際認(rèn)可，并認(rèn)定它是一種很有發(fā)展前途的，高性能、高附加值的非連續(xù)短微型炭纖維。VGCF的成功研發(fā)，使長(zhǎng)期以來(lái)由PAN等有機(jī)系炭纖維(OPCF)主導(dǎo)的炭纖維領(lǐng)域，增添了新的“了不起的”(大谷語(yǔ))成員，顯示出下世紀(jì)新材料的絢麗前景。以低碳烴為原料

22、(碳源)，在還原性載氣(H2)氛圍中高溫?zé)峤?，通過(guò)(Fe,Ni等)過(guò)渡金屬的超細(xì)微粒為晶核的特殊催化作用，可直接生成VGCF。反應(yīng)溫度8001 300，硫及其氫化物的適量添加，可增進(jìn)VGCF的密生程度，是VGCF制備中的添加物。制備方法分為：基板晶種法和浮游催化法。前者是將催化劑微粒(Fe粒子)散布于(石墨、陶瓷等)基板上，加熱升溫至反應(yīng)溫度(1000以上)，碳源(苯等)蒸氣隨載氣(H2)連續(xù)導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行熱解，縮聚，在金屬微粒催化作用下，熱解生成的碳“種子”(CmHn)在催化微粒端側(cè)生長(zhǎng)出VGCF。早期的VGCF制備，多用此法，可制出較長(zhǎng)的(長(zhǎng)達(dá)300 mm)，纖徑數(shù)微米至數(shù)十微米的VGC

23、F。但這種方法工藝性差，難以批量制取。鑒此，開(kāi)發(fā)了“拼棄生長(zhǎng)基板的”浮游催化法。此法應(yīng)用二茂鐵(Ferrocene)等有機(jī)金屬化合物為前驅(qū)體，經(jīng)熱解生成金屬鐵微粒，在反應(yīng)空間分散浮游，起催化劑作用，使裂解的碳“種子”催化成纖， 生成VGCF。 用這種制備方法， 可以1 mm/s3 mm/s.的長(zhǎng)速，快速生成直徑數(shù)納米至數(shù)微米的VGCF。碳源轉(zhuǎn)化成纖率達(dá)60%以上。VGCF的制備具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：即制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需紡絲、預(yù)氧化、炭化等OPCF制造所必需的工藝步驟，可以直接由廉價(jià)的低碳烴類通過(guò)高溫?zé)峤?，催化生成炭纖維?？蓪?shí)施無(wú)人操作的連續(xù)化自動(dòng)制造。纖經(jīng)調(diào)控范圍較寬(0.01數(shù)微米)，適于制取超細(xì)纖

24、維，獲取高結(jié)晶取向性的超高強(qiáng)度、超高模量的超高性能炭纖維。因此浮游催化法制備VGCF具有量產(chǎn)化潛力，現(xiàn)在已處在工業(yè)化前夕，年產(chǎn)數(shù)百噸規(guī)模的建廠生產(chǎn)，已在籌劃中。VGCF是碳原子以SP2(石墨和富勒烯)為內(nèi)層排列的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，外層為熱解炭疊層。總體呈樹(shù)木年輪狀的同心圓中空結(jié)構(gòu)。這種組織構(gòu)形，賦予了VGCF的優(yōu)良物化特性，其各項(xiàng)性能均優(yōu)于同類級(jí)的OPCF。因此被認(rèn)為是超高性能CF。通過(guò)催化劑的選用(如采用Ni基催化劑微粒)或調(diào)控金屬催化劑微粒徑(控成納米級(jí)粒徑)可形成螺旋狀(彈簧管)炭，或單層炭管(納米炭管)，這些VGCF的系列制品都是性能優(yōu)良、用途廣泛的分子級(jí)材料、VGCF的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、核

25、屏蔽性、高耐熱性、生體親和性等特性，使它適作各種功能材料，廣泛用作貯能(貯H2等)、核堆(屏蔽材)、醫(yī)療(人工臟器)、機(jī)電(超微電器)等材料。而其的優(yōu)良力學(xué)性能、極高的長(zhǎng)徑比、對(duì)基質(zhì)的良好相容性及輕量特性，特別適于用作各種復(fù)合材料的增強(qiáng)劑，成為汽車、船舶、航天器、運(yùn)動(dòng)器件、高層建筑、超微型機(jī)械等工業(yè)的理想材料。VGCF-新世代新材料，亟需大力發(fā)展。二、碳纖維的發(fā)展及現(xiàn)在的主要生產(chǎn)公司90年代中期以后，碳纖維市場(chǎng)發(fā)展很快，在某種程度上反映出碳纖維供不應(yīng)求，市場(chǎng)短缺。80年代對(duì)碳纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展曾作了過(guò)分樂(lè)觀的預(yù)測(cè)，但隨“柏林墻的拆除”和“海灣戰(zhàn)爭(zhēng)”的結(jié)束，國(guó)防軍工和高技術(shù)對(duì)碳纖維的需求相對(duì)

26、萎縮，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比預(yù)測(cè)要少得多。90年代初期對(duì)碳纖維的需求不但沒(méi)有增長(zhǎng)反而下降，因此，對(duì)碳纖維工業(yè)和復(fù)合材料工業(yè)的投資大大減少，造成這一段時(shí)間世界碳纖維生產(chǎn)能力沒(méi)有太大的增長(zhǎng)。1994年以后，由于航天航空、體育休閑用品和工業(yè)應(yīng)用對(duì)碳纖維的需求大幅度增加，超過(guò)當(dāng)時(shí)所有碳纖維設(shè)備的生產(chǎn)能力，造成世界市場(chǎng)碳纖維的短缺。90年代中期以后，碳纖維生產(chǎn)廠商都投入大量資金建設(shè)新的碳纖維生產(chǎn)線，擴(kuò)大碳纖維生產(chǎn)能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各國(guó)對(duì)碳纖維工業(yè)的投資截止到1999年底將達(dá)到10億美元。新的碳纖維生產(chǎn)線和新增碳纖維生產(chǎn)能力主要包括:·日本東麗公司分別在日本愛(ài)媛(Ehime，Japan)和美國(guó)亞拉巴馬州地開(kāi)土(

27、Decatur，Ala)建立兩條碳纖維生產(chǎn)線。每條碳纖維生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每年800噸，計(jì)劃在1998年和1999年建成。建成后，東麗公司碳纖維生產(chǎn)能力達(dá)到每年7300噸。·日本東邦公司對(duì)田納克絲(Tenax)擴(kuò)大990噸碳纖維生產(chǎn)能力，在日本密西瑪(Mishima，Japan)擴(kuò)大200噸碳纖維生產(chǎn)能力，1998年?yáng)|邦公司的碳纖維生產(chǎn)能力達(dá)到每年5100噸。·日本三菱人造絲公司把在日本托姚哈西(Toyohashi)的碳纖維生產(chǎn)能力增加一倍，達(dá)到每年平均400噸，這包括在美國(guó)加利福尼亞州薩克拉門托(Sacramento，Calif)年產(chǎn)約700噸的生產(chǎn)能力。·在美

28、國(guó)加利福尼亞州普里圣多(Pleasanton Calif)的?？巳麪柟景言趤喞婉R州地開(kāi)土(Decatur，Ala)聚丙烯腈原絲的生產(chǎn)能力擴(kuò)大了一倍，把在猶他州鹽湖城(Salt Lake City，Utah)碳纖維生產(chǎn)能力增加20%，這樣?？巳麪柟镜奶祭w維生產(chǎn)能力自1998年達(dá)到每年2000噸。·阿克蘇諾貝爾公司在美國(guó)田納西州諾克絲佛爾(Knoxville，Tenn)增加一條年產(chǎn)1400噸大絲束碳纖維生產(chǎn)線，和其他兩家生產(chǎn)線加在一起，總生產(chǎn)能力達(dá)到每年4850噸。·卓爾塔克公司(Zoltek Corp)1998年生產(chǎn)能力為3800噸，其中包括約1100噸預(yù)氧纖維。該公司

29、的目標(biāo)是要在2000年達(dá)到1.8萬(wàn)噸大絲束碳纖維的生產(chǎn)能力。在1997年增加了五條碳化生產(chǎn)線，本世紀(jì)還要建立31條碳纖維生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每年450噸，卓爾塔克公司并計(jì)劃在35年內(nèi)把大絲束碳纖維價(jià)格降到每磅5美元。·SGL碳纖維公司收購(gòu)了在英國(guó)蘇格蘭的RK碳纖維公司，在美國(guó)北加里納州沙菲特?cái)U(kuò)大碳纖維生產(chǎn)能力。1998年碳纖維生產(chǎn)能力擴(kuò)大到每年2800噸。·在美國(guó)加利福尼亞州，圣地亞哥(San Diego，Colif)阿爾笛拉公司(Aldila)，1997年在加州波威(Poway，Calif)建立了阿笛拉材料工藝公司(Aldila Matorials Techro

30、logy Corp)生產(chǎn)碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料生產(chǎn)線;1998年在懷俄明州愛(ài)文思東(Evanston，Wyoming)建立了50K大絲束碳纖維生產(chǎn)線，年產(chǎn)約1100噸。由此可見(jiàn)，到2000年世界碳纖維的生產(chǎn)能力將獲得很大發(fā)展。國(guó)際上碳纖維各界知名人士預(yù)測(cè)，以這樣的高速度發(fā)展，用不了幾年，世界碳纖維生產(chǎn)能力將很快超出對(duì)它的需求量。因此，對(duì)碳纖維的市場(chǎng)與需求的預(yù)計(jì)是:近期碳纖維呈現(xiàn)短缺不足，但幾年后就會(huì)變成供過(guò)于求。三、碳纖維氈的簡(jiǎn)介碳纖維氈是將基材經(jīng)1000高溫碳化后形成的一種高碳纖維材料，按原料來(lái)分，可分為粘膠基碳纖維氈、聚丙烯腈基碳纖維氈及混合氈等。碳纖維氈的應(yīng)用范圍非常廣泛： 高溫爐的隔熱保溫

31、材料，它是目前唯一可在2000-3000度高溫下使用的隔熱材料。 C/C復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。 高溫過(guò)濾材料和腐蝕性液體的過(guò)濾材料 導(dǎo)電材料、電極。 抗靜電材料。 基于碳纖維氈優(yōu)良的電特性，我們研制開(kāi)發(fā)了碳纖維電熱管。四、碳纖維電熱管介紹：碳纖維發(fā)熱體是本世紀(jì)最具競(jìng)爭(zhēng)力的高科技材料，它的出現(xiàn)在電熱領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)新的革命，碳纖維發(fā)熱體替代金屬發(fā)熱體將成為一種必然的趨勢(shì)。1、產(chǎn)品簡(jiǎn)介本產(chǎn)品發(fā)熱體基材是美國(guó)進(jìn)口氈體，具有功率余量大、耐高溫、高熱能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、且功率可隨意調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。碳纖維石英電熱管產(chǎn)品，符合GB/T2423.3-1993電子電工產(chǎn)品基本環(huán)境實(shí)驗(yàn)規(guī)規(guī)程，試驗(yàn)Ca:恒定濕熱實(shí)驗(yàn)方法及GB4706.1-1992家用和類似電器的安全通用要求。2、產(chǎn)品性能特點(diǎn)（