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什么是短切碳纖維？
發(fā)布日期： [2017/11/24]
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短切碳纖維是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)纖維切斷機(jī)短切而成，其基本性能主要取決于其原料——碳纖維長(zhǎng)絲的性能。短纖維具有分散均勻、喂料方式多樣、工藝簡(jiǎn)單等的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于碳纖維長(zhǎng)絲所不適合的特殊領(lǐng)域。
起源編輯
1880年，美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生單先將竹子纖維碳化成絲，作為電燈泡內(nèi)發(fā)光燈絲，開(kāi)啟了碳纖維（CarbonFiber，簡(jiǎn)稱(chēng)CF）的先河。碳纖維用于結(jié)構(gòu)材料的單創(chuàng)者，則以美國(guó)UnionCarbide公司（U.C.C.）為代表，于1959年以螺距纖維為原料，經(jīng)過(guò)數(shù)千百度的高溫碳化后，得到彈性率約40GPa，強(qiáng)度約為0.7GPa的碳纖維；1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸，開(kāi)發(fā)出絲狀高彈性石墨化纖維，彈性率約500GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa。
1961年，日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所進(jìn)藤召男博士，以Polyacrylonitrile（簡(jiǎn)稱(chēng)PAN）聚丙烯腈為原料，經(jīng)過(guò)氧化與數(shù)千度的碳化工序后，得到彈性率為
160GPa、強(qiáng)度為0.7GPa的碳纖維。
1962年，日本碳化公司（NipponCarbonCo.）用PAN為原料，制得低彈性系數(shù)（L.M.）碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料，開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度CF，彈性率約為230GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa，并于1966年起達(dá)到每月量產(chǎn)1噸的規(guī)模，與此同時(shí)他們還開(kāi)發(fā)了碳化溫度2000℃以上的高彈性率CF，彈性率約400GPa，強(qiáng)度約為2.0GPa。PAN系碳纖維產(chǎn)量于1992年已達(dá)6500噸/年，至2000年已超過(guò)1萬(wàn)t/a以上。
雖然碳纖維需求量逐漸擴(kuò)大，但于1991年冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事用途使用量萎縮，又因經(jīng)濟(jì)蕭條，供需失去平衡，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而，美國(guó)波音公司新銳機(jī)型B777的生產(chǎn)，加上土木、建筑、汽車(chē)與復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，使得碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長(zhǎng)。
特點(diǎn)編輯
碳纖維是—種纖維狀碳材料。它是—種強(qiáng)度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕性強(qiáng)、比耐熱鋼耐高溫、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。碳纖維主要被制成碳纖維增強(qiáng)塑料這種復(fù)合材料來(lái)應(yīng)用。
短切碳纖維
短切碳纖維
每—根碳纖維由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5 μm～8 μm。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，由—層層以六角型排列的碳原子構(gòu)成。碳纖維與石墨兩者的差別在于層與層之間的連接。石墨是晶體結(jié)構(gòu)，它的層間連接松散，而碳纖維不是晶體結(jié)構(gòu)，層間連接是不規(guī)則的，這樣可防止滑移，增強(qiáng)物質(zhì)強(qiáng)度。
—般碳纖維的密度為1750kg/m3，導(dǎo)熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容量亦比銅低。當(dāng)加熱的時(shí)候，碳纖維會(huì)變厚、變短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但科學(xué)家可以把它染成不同的顏色。
起源編輯
1880年，美國(guó)發(fā)明家愛(ài)迪生單先將竹子纖維碳化成絲，作為電燈泡內(nèi)發(fā)光燈絲，開(kāi)啟了碳纖維（CarbonFiber，簡(jiǎn)稱(chēng)CF）的先河。碳纖維用于結(jié)構(gòu)材料的單創(chuàng)者，則以美國(guó)UnionCarbide公司（U.C.C.）為代表，于1959年以螺距纖維為原料，經(jīng)過(guò)數(shù)千百度的高溫碳化后，得到彈性率約40GPa，強(qiáng)度約為0.7GPa的碳纖維；1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸，開(kāi)發(fā)出絲狀高彈性石墨化纖維，彈性率約500GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa。
1961年，日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所進(jìn)藤召男博士，以Polyacrylonitrile（簡(jiǎn)稱(chēng)PAN）聚丙烯腈為原料，經(jīng)過(guò)氧化與數(shù)千度的碳化工序后，得到彈性率為
160GPa、強(qiáng)度為0.7GPa的碳纖維。
1962年，日本碳化公司（NipponCarbonCo.）用PAN為原料，制得低彈性系數(shù)（L.M.）碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料，開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度CF，彈性率約為230GPa，強(qiáng)度約為2.8GPa，并于1966年起達(dá)到每月量產(chǎn)1噸的規(guī)模，與此同時(shí)他們還開(kāi)發(fā)了碳化溫度2000℃以上的高彈性率CF，彈性率約400GPa，強(qiáng)度約為2.0GPa。PAN系碳纖維產(chǎn)量于1992年已達(dá)6500噸/年，至2000年已超過(guò)1萬(wàn)t/a以上。
雖然碳纖維需求量逐漸擴(kuò)大，但于1991年冷戰(zhàn)結(jié)束后，軍事用途使用量萎縮，又因經(jīng)濟(jì)蕭條，供需失去平衡，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而，美國(guó)波音公司新銳機(jī)型B777的生產(chǎn)，加上土木、建筑、汽車(chē)與復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，使得碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長(zhǎng)。
特點(diǎn)編輯
碳纖維是—種纖維狀碳材料。它是—種強(qiáng)度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕性強(qiáng)、比耐熱鋼耐高溫、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。碳纖維主要被制成碳纖維增強(qiáng)塑料這種復(fù)合材料來(lái)應(yīng)用。
短切碳纖維
短切碳纖維
每—根碳纖維由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5 μm～8 μm。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，由—層層以六角型排列的碳原子構(gòu)成。碳纖維與石墨兩者的差別在于層與層之間的連接。石墨是晶體結(jié)構(gòu)，它的層間連接松散，而碳纖維不是晶體結(jié)構(gòu)，層間連接是不規(guī)則的，這樣可防止滑移，增強(qiáng)物質(zhì)強(qiáng)度。
—般碳纖維的密度為1750kg/m3，導(dǎo)熱能力高但傳電能力低，碳纖維的比熱容量亦比銅低。當(dāng)加熱的時(shí)候，碳纖維會(huì)變厚、變短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色，但科學(xué)家可以把它染成不同的顏色。