碳纤维怎么做出来的

Question

如题所述

Answer 1

摘要：碳纤维，这种以碳元素为基础的纤维材料，以其高强度和高模量而著称。它的生产过程涉及将含碳的有机纤维原料，如聚丙烯腈纤维或沥青纤维，通过一系列复杂的化学和物理处理转化为最终的碳纤维产品。下面将详细介绍碳纤维的构成以及其生产过程。
一、碳纤维的构成
纤维材料是由多种不同的材质通过纺织工艺制成的，其中包括玻璃纤维、石棉纤维、聚酯纤维等。碳纤维是这一大家族中的成员，其含碳量超过90%，由此赋予了它独特的物理特性，如高强度和高模量。它是由腈纶和粘胶纤维等原料在高温下氧化碳化而成的，因此具有轻质、耐高温、抗摩擦、导电、导热和耐腐蚀等特点。
二、碳纤维的制造过程
1. 选取有机纤维
在制备碳纤维时，通常会选择聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维等有机纤维作为原料。不同的原料会导致最终碳纤维性能的差异。
2. 纤维纺丝
以聚丙烯腈纤维为例，首先将其溶解在适当的溶剂中，如硫氰酸钠或硝酸、二甲基亚砜，制成15%的纺丝液。然后，通过湿法纺丝或干喷纺丝等工艺，生产出原丝。
3. 预氧化处理
原丝在织机中织成布后，会送入预氧化处理器进行处理。这个过程分为两个阶段，首先在催化剂的存在下，纤维在200~220℃和一定张力的条件下进行氧化处理，然后继续在220~330℃下处理30~100分钟，使纤维颜色由白变黄，最终变成铜褐色。
4. 炭化处理
预氧化后的纤维会在纯氮气流（或真空）下进行炭化处理。这个过程包括低温炭化（300~1000℃）和高温炭化（1000~1800℃），最终形成具有乱层结构的碳纤维。
通过以上步骤，含碳的有机纤维原料被转化为具有高附加值的碳纤维，这一过程不仅需要精确的温度控制，还需要严格的过程监控，以确保最终产品的质量。