碳纖維電熱管地培訓(xùn)材料

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案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(chē)、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 2 3倍；耐疲勞性高于 2倍；重量比鋼材輕 3 4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)

2、展和應(yīng)用前景。隨著各種纖維材料增強(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(lèi)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(lèi)型：普通型（ A 型）碳纖維 是指在 900 1200 下炭化得到的

3、碳纖維。這種碳纖維強(qiáng)度和彈性模量都較低，一般強(qiáng)度小于107.7cN/tex,模量小于 13462cN/tex。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案高強(qiáng)度型（型或C 型）碳纖維是指在 1300 1700 下炭化得到的碳纖維。這種纖維強(qiáng)度很高，可達(dá) 138.4 166.1cN/tex ，模量約為 13842 16610cN/tex 。高模量型（型或B 型）碳纖維又稱(chēng)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(lèi)碳纖維具有較高的強(qiáng)度，約為97.8 122.2cN/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(lèi)：1

4、、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?chē)道， PAN 基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工

5、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 Thornel P55 的研制，并取得成功。目前 Thornel P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

6、達(dá)到 T300 標(biāo)準(zhǔn)，精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案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。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(lèi)，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

7、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， 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(mǎi)。 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?zhuān)乙膊怀鍪鄹咝阅芴胤N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)

8、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：航空航天工精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案業(yè)，地面交通工具，如汽車(chē)、賽氣、快速列車(chē)等，造船工業(yè)、碼頭和海上設(shè)施，體育用品與休閑用品

9、，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.Tdisin) 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

10、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

11、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)粘膠基炭纖維的原料主要有木漿和棉漿。美國(guó)、俄羅斯和白精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案俄羅斯采用木漿，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

12、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。纖維素的基本鏈節(jié)單元是 -D- 葡萄糖，通過(guò) 1，4- 苷鍵相連接成線型大分子。它的結(jié) 構(gòu)單元中有三個(gè)羥基，即一個(gè)伯羥基和兩個(gè)仲羥基，分別在 6.2.3 三個(gè)碳原子上，賦予其較 強(qiáng)的吸水 (濕)性，而 1 ， 4- 苷鍵則是熱裂 (解)的基礎(chǔ)。在熱處理過(guò)程中， 未脫掉羥基的鏈節(jié) 轉(zhuǎn)化為左旋葡萄糖， 進(jìn)一步再轉(zhuǎn)化為焦油； 脫掉羥基的鏈節(jié)則向碳四殘鏈(片)轉(zhuǎn)化， 進(jìn)一步 轉(zhuǎn)化為亂層石墨結(jié)構(gòu)。浸漬催化劑處理后，由于可降低熱解活化能，強(qiáng)化了脫除羥基過(guò)程， 從而抑制了左旋葡萄糖的生成，有利于提高炭化收率和粘膠基炭纖維的性能。目前，新的催 化體系、高效催化

13、體系和功能催化體系仍在繼續(xù)研究，一旦有所突破將促進(jìn)粘膠基炭纖維的 發(fā)展。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(lèi)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(lèi)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、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(lèi)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

14、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)脂精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案殘?zhí)剂扛摺⒔够瘡?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?lài)嵓?jí)粘膠基炭纖維的生產(chǎn)能力，原因就在于此。 (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

15、作為隔熱保溫材料已得到廣泛應(yīng)用。 (3) 各類(lèi)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(lèi)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

16、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， 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)

17、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精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案料。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(lèi)，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)橛糜谌廴诩徑z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

18、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)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

19、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。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案紡成的瀝青纖維，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

20、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(lèi)。普通瀝青基炭纖維(GP-PCF) 為光

21、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，難以獲得高抗拉強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)

22、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(lèi)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)精彩文檔VGCF。反應(yīng)溫度實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案早在上個(gè)世紀(jì)末，人們?cè)谘芯繜N類(lèi)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)

23、出這種CF，受此啟發(fā)，他把注意力轉(zhuǎn)到了“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(lèi)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(chēng)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”

24、 )成(員大，谷顯語(yǔ)示出下世紀(jì)新材料的絢麗前景。以低碳烴為原料 (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800 1 300，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)VGCF生長(zhǎng)出。早期的 V

25、GCF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 VGCF。但這種方法工藝性差，難以批量制取。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案鑒此，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/s 3 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

26、由廉價(jià)的低碳烴類(lèi)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)適微于米制取超細(xì)纖維，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?lài)嵰?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(lèi)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

27、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(chē)、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

28、維市場(chǎng)發(fā)展很快，在某種程度上反映出精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案碳纖維供不應(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)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

29、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 (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

30、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(mén)托 (Sacramento ，Calif) 年產(chǎn)約 700 噸的生產(chǎn)能力。·美國(guó)阿莫科(Amoco) 公司在南卡羅來(lái)納格林佛爾 (Greenville ，S.C)和巖石山 (Rock Hill.S.C) 各有一條碳纖維生產(chǎn)線， 1998 年有生產(chǎn)1900 噸 12K 和 24K 宇航級(jí)碳纖維的能力。·在美國(guó)加利福尼亞州普里圣多 (Pleasanto

31、n 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)精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案大了一倍，把在猶他州鹽湖城(Salt Lake City ， Utah) 碳纖維生產(chǎn)能力增加 20% ，這樣海克塞爾公司的碳纖維生產(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

32、預(yù)氧纖維。該公司的目標(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

33、笛拉材料工藝公司 (Aldila Matorials Techrology 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精彩文檔實(shí)用標(biāo)

34、準(zhǔn)文案料，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?；谔祭w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)