碳纤维如何制作?

用于制造碳纤维的原料称为前体。由聚丙烯腈(锅)制成的约90%的碳纤维。剩下的10%是由人造丝或石油沥青制成的。所有这些材料是有机聚合物,其特征在于通过碳原子缠绕在一起的长串。每种前体的确切组成因一家公司而异,通常被认为是商业秘密。

在制造过程中,使用各种气体和液体。这些材料中的一些设计用于与纤维反应以实现特定效果。其他材料设计不应该反应或防止与纤维的某些反应。与前体一样,许多这些过程材料的确切组成是专有的。

制造碳纤维的方法是部分化学和部件。将前体拉入长链或纤维中,然后加热至非常高的温度,而不使其与氧接触。爱游戏台球没有氧气,纤维不能燃烧。相反,高温导致纤维中的原子剧烈振动,直到大多数非碳原子被排出。该过程称为碳化,并且留下由剩余的少数非碳原子组成的长,紧密互锁的碳原子链组成的纤维。

虽然ZOLTEK有自己的商业秘密,我们也渴望鼓励更广泛的了解碳纤维作为理想的商业使用材料。

稳定

在碳化之前,它们需要化学改变以将它们的线性原子键转换为更热稳定的梯形键合。这是通过将空气中的纤维加热至约390-590°F(200-300℃)的30-120分钟来实现的。这使得纤维从空气中拾取氧分子并重新排列原子粘合图案。稳定化学反应是复杂的并且涉及几步,其中一些步骤同时发生。它们还产生自己的热量,必须控制,以避免过热纤维。在商业上,稳定过程使用各种设备和技术。在一些过程中,纤维通过一系列加热的室抽出。在其他方面,纤维通过热辊和通过热空气流过悬浮液的松散材料床上。一些方法使用加热的空气与化学加速稳定的某些气体混合。

碳化

一旦纤维稳定下来,它们将在一个充满不含氧气体混合物的熔炉中加热到1830 - 5500°F(1000 - 3000°C)的温度几分钟。缺氧会阻止纤维在高温下燃烧。炉内气体压力保持高于炉外气压,纤维进出炉膛的点被密封,以防止氧气进入。当纤维被加热时,它们开始失去它们的非碳原子,加上一些碳原子,它们以各种气体的形式出现,包括水蒸气、氨、一氧化碳、二氧化碳、氢、氮等。当非碳原子被排出时,剩下的碳原子形成紧密结合的碳晶体,这些碳晶体或多或少地平行于纤维的长轴。在某些工艺中,为了更好地控制炭化过程的升温速度,使用两个不同温度的加热炉。

表面处理

在碳化之后,纤维具有与复合材料中使用的环氧树脂和其他材料粘合的表面。为了使纤维更好地粘合性能,它们的表面略微氧化。向表面加入氧原子提供更好的化学粘合性能,并且还蚀刻并粗糙化表面以获得更好的机械粘合性能。通过将纤维浸入各种气体(如空气,二氧化碳或臭氧)中,可以实现氧化;或在各种液体中,例如次氯酸钠或硝酸。纤维也可以通过使纤维在填充有各种导电材料的浴中的正末端来电解涂覆。必须仔细控制表面处理过程,以避免形成微小的表面缺陷,例如凹坑,这可能导致纤维失效。

浆纱

表面处理后,涂层纤维以保护它们免受绕组或编织过程中的损伤。这个过程称为大小。选择涂料以与用于形成复合材料的粘合剂相容。典型的涂料包括环氧树脂,聚酯,尼龙,氨基甲酸酯等。

涂覆的纤维缠绕在叫做梭林的圆柱体上。筒管装入纺纱机中,纤维绞合成各种尺寸的纱线。