短切碳纖維是由碳纖維長絲經(jīng)纖維切斷機(jī)短切而成,其基本性能主要取決于其原料——碳纖維長絲的性能。短纖維具有分散均勻、喂料方式多樣、工藝簡單等的優(yōu)點(diǎn),可以應(yīng)用于碳纖維長絲所不適合的特殊領(lǐng)域。
碳纖維起源1880年,美國發(fā)明家愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲,作為電燈泡內(nèi)發(fā)光燈絲,開啟了碳纖維(CarbonFiber,簡稱CF)的先河。碳纖維用于結(jié)構(gòu)材料的首創(chuàng)者,則以美國公司(為代表,于1959年以螺距纖維為原料,經(jīng)過數(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,日本試驗(yàn)所進(jìn)藤召男博士,以Polyacrylonitrile(簡稱PAN)聚丙烯腈為原料,經(jīng)過氧化與數(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,日本公司(NipponCarbonCo.)用PAN為原料,制得低彈性系數(shù)(L.M.)碳纖維。亦以PAN纖維為原料,開發(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1萬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,美國波音公司新銳機(jī)型B777的生產(chǎn),加上土木、建筑、汽車與復(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。
碳纖維特點(diǎn)碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強(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)合材料來應(yīng)用。
每一根碳纖維由數(shù)千條更微小的碳纖維所組成,在原子層面的碳纖維跟石墨很相近,由一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。 一般碳纖維的密度為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。
短切碳纖維應(yīng)用短切碳纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括 軍工領(lǐng)域:用于制造火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)、飛船外殼,機(jī)動(dòng)船,工業(yè)機(jī)器人,汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。 建筑領(lǐng)域:碳纖維增強(qiáng)水泥、導(dǎo)電涂料、防靜電地坪等; 電熱領(lǐng)域:導(dǎo)電紙、電熱板、導(dǎo)電表面氈、針刺氈、導(dǎo)電席等; 屏蔽材料:制造屏蔽煙霧、屏蔽幕墻等; 隔熱保溫材料:碳纖維增強(qiáng)耐火坯和磚、碳纖維增強(qiáng)陶瓷等; 新能源領(lǐng)域:風(fēng)力發(fā)電、摩擦材料、燃料電池的電極等。 體育休閑用品:高爾夫球桿、漁具、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車、賽艇等。 增強(qiáng)改性塑料:尼龍(PA)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、酚醛(PF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亞胺(PI)等; 身體代用材料:人工韌帶等。
碳纖維具有普通紡織品的柔軟性,可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外,一般不單獨(dú)使用,多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、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、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。
1994年至2002年左右,隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學(xué)術(shù)研究,使用碳纖維制作發(fā)熱材料的技術(shù)和產(chǎn)品也逐漸進(jìn)入軍用和民用領(lǐng)域?,F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有使用長纖碳纖維制作國家電網(wǎng)電纜的使用案例多處。同時(shí),碳纖維發(fā)熱產(chǎn)品,碳纖維采暖產(chǎn)品,碳纖維遠(yuǎn)紅外理療產(chǎn)品也越來越多的走入尋常百姓家庭。
短切碳纖維主要技術(shù)指標(biāo):碳含量: 大于95% 拉伸強(qiáng)度: 3500MPa 拉伸模量: 228GPa 密度: 1.75g/cm3 電阻率: 1.0-1.6Ωcm 纖維直徑: 7μm 截面形狀: 圓 形 堆積密度: 0.4g/cm3 標(biāo)準(zhǔn)長度: 1mm-100mm 含樹脂型/不含樹脂型
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