碳纤维分类与性能特点介绍

  一、碳纤维分类

  1.PAN基碳纤维

  PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程首先通过丙烯腈聚合和纺纱等-系列工艺加工成被称为“母体的聚丙烯腈纤维或原丝,将这些原丝放入氧化炉中在200到300°C进行氧化,还要在碳化炉中,在温度为1000到2000°C下进行碳化等I序制成碳纤维。

  2.沥清基碳纤维

  美国发明了纺织沥青基碳纤维用的含有基金属中间相沥青,原丝经稳定化和碳化后,碳纤维的拉伸强度为3.5G帕,模量为252G帕;法国研制了耐热和高导电的中间相沥青基碳纤维;波兰开发了新型金属涂覆碳纤维的方法,例如涂覆铜的沥青基碳纤维是用混合法制成,先用铜盐与各向同性煤沥青混匀,进行离心纺丝,在空气中稳定化并在高温氢气中处理,得到合金铜的碳纤维。世界沥青基碳纤维的生产能力较小,国内沥青基碳纤维的研究和开发较早,但在开发、产级应方面与国外相比有较大的差距。

  二、规格分类

  碳纤维按产品规格的不同被划分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括360K和480K等。宇航级碳纤维初期以3K为主,逐渐发展为12K和24K ,要应于国防军工和高技术,以及体育休闲用品,像飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、球杆球拍等。工业级碳纤维应用于不同民用工业,包括:纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运输和能源等。

  三、碳纤维复合材料的特点

  碳纤维增强复合材料,不同于其他使用传统纤维,如玻璃纤维或芳香族聚酰胺纤维等的FRP复合材料, CFRP复合材料的优良性能包括:重量轻一传统玻璃纤维增强复 合材料采用连续的玻璃纤维,期量为70%(重量玻璃/总重量),每立方英寸的密度通常为0.065磅。虽然碳纤维材料重量轻,然而相比于玻璃纤维复合材料,每单位重的碳纤维复合材料却具有更高的强度和更大的硬度。而与金属材料相比时,这一优势则更加突出。例如,经验告诉我们,CFRP材料相比于钢材,在等强度条件下,其重量只有钢的1/5。

  尽管碳纤维复合材料的成本居高不下,然而伴随着科技进步,更多高效益产品的涌现指日可待。或许有生之年,我们将有望见证高性能碳纤维产品在各大范围中应用的普及。