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(2)彈性系數(shù)高,剛性佳。
(3)彈性限度內(nèi)伸長(zhǎng)量大且拉伸強(qiáng)度高,故吸收沖擊能量大。
(4)為無(wú)機(jī)纖維,具不燃性,耐化學(xué)性佳。
(5)吸水性小。
(6)尺度安定性,耐熱性均佳。
(7)加工性佳,可作成股、束、氈、織布等不同形態(tài)之產(chǎn)品。
(8)透明可透過(guò)光線(xiàn)。
(9)與樹(shù)脂接著性良好之表面處理劑之開(kāi)發(fā)完成。
(10)價(jià)格便宜。
碳纖維 (carbon fibre ) ,含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維
碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高、又能像銅那樣導(dǎo)電,具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料所做的飛機(jī)不但輕巧,而且消耗動(dòng)力少,推力大,噪音?。挥锰祭w維制電子計(jì)算機(jī)的磁盤(pán),能提高計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量和運(yùn)算速度;用碳纖維增強(qiáng)塑料來(lái)制造衛(wèi)星和火箭等宇宙飛行器,機(jī)械強(qiáng)度高,質(zhì)量小,可節(jié)約大量的燃料。
1999年發(fā)生在南聯(lián)盟科索沃的戰(zhàn)爭(zhēng)中,北約使用石墨彈破壞了南聯(lián)盟大部分電力供應(yīng),其原理就是產(chǎn)生了覆蓋大范圍地區(qū)的碳纖維云,這些導(dǎo)電性纖維使供電系統(tǒng)短路。
碳纖維可通過(guò)高分子有機(jī)纖維的固相碳化或低分子烴類(lèi)的氣相熱解來(lái)制取。上前世界上產(chǎn)生的銷(xiāo)售的碳纖維絕大部分都是用聚丙烯腈纖維的固相碳化制得的。
其產(chǎn)生的步驟為A預(yù)氧化:在空氣中加熱,維持在200-300度數(shù)十至數(shù)百分鐘。預(yù)氧化的目的為使聚丙烯腈的線(xiàn)型分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯型結(jié)構(gòu),以使其在高碳化時(shí)不熔不燃而保持纖維狀態(tài)。B碳化:在惰性氣氛中加熱至1200-1600度,維持?jǐn)?shù)分至數(shù)十分鐘,就可生成產(chǎn)品碳纖維;所用的惰性氣體可以是高純的氮?dú)?、氬氣或氦氣,但一般多用高純氮?dú)?。C石墨化:再在惰性氣氛(一般為高純氬氣)加熱至2000-3000度,維持?jǐn)?shù)秒至數(shù)十秒鐘;這樣生成的碳纖維也稱(chēng)石墨纖維。
碳纖維有極好的纖度(纖度的表示法之一是9000米長(zhǎng)的纖維的克數(shù)),一般僅約為19克;拉力高達(dá)300KG/MM2;還有耐高、耐腐蝕、導(dǎo)電、傳熱、彭脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。目前幾乎沒(méi)有其他材料像碳纖維那樣具有那么多的優(yōu)異性能。
目前,碳纖維主要是制成碳纖維增強(qiáng)塑料來(lái)應(yīng)用。這種增強(qiáng)塑料比鋼、玻璃鋼更優(yōu)越,用途非常廣泛,如制造火箭、宇宙飛船等重要材料;制造噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī);制造耐腐蝕化工設(shè)備等。
其中含碳量高于99%的稱(chēng)石墨纖維。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高,無(wú)蠕變,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小,耐腐蝕性好,纖維的密度低,X射線(xiàn)透過(guò)性好。但其耐沖擊性較差,容易損傷,在強(qiáng)酸作用下發(fā)生氧化,與金屬?gòu)?fù)合時(shí)會(huì)發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此,碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。
碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保材料外,一般不單獨(dú)使用,多作為增強(qiáng)材料加入到樹(shù)脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車(chē)板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。