(1)PAN基碳纖維:PAN基碳纖維是以聚丙烯腈為原料,經過PAN原絲制備、預氧化和碳化等步驟制成。
PAN原絲制備包括聚合工藝和紡絲工藝。PAN原絲制備可根據兩種工藝的連續性分為一步法和二步法,聚合液不需要分離就可以直接用來紡絲,稱為一步法;若分離出PAN粉末后溶解形成紡絲原液再進行紡絲,稱為二步法。
PAN原絲耐熱性能較差,若直接碳化會使原絲在高溫下分解。因此,預氧化是生產PAN基碳纖維非常重要的中間過程。預氧化后,纖維在惰性氣氛中先后進行低溫碳化和高溫碳化。石墨化是在惰性氣體保護下進行進一步高溫處理,獲得含碳量99%以上的高模量碳纖維。
(2)瀝青基碳纖維:瀝青基碳纖維是以石油瀝青或煤瀝青為原料,經過調制、紡絲、不熔化/預氧化、碳化等步驟來制取瀝青基碳纖維。
瀝青纖維的不熔化也叫預氧化,處理工藝包括氣相法和液相法。預氧化后瀝青纖維在惰性氣氛下進行碳化處理,增加纖維含碳量以及單絲拉伸強度,提高瀝青基碳纖維的力學性能。石墨化一般在中間相瀝青基碳纖維的制備過程中,有助于纖維形成石墨片層結構,具有更高的強度、導電性和彈性模量。
(3)粘膠基碳纖維:粘膠基碳纖維以木漿和棉漿等為原料,粘膠纖維素漿粕配制成紡絲液,經過水洗、過濾、干燥,浸漬催化,預氧化和碳化工序轉化為碳纖維。催化浸漬主要是浸漬催化脫水劑。粘膠纖維預氧化是在催化劑的作用下進行脫水、熱裂和結構轉化。粘膠纖維碳化同樣分為低溫碳化和高溫碳化兩步工序,低溫碳化主要是深度脫水、熱裂和芳構化;高溫碳化主要是縮聚和芳構化。
(4)復合材料成型工藝:碳纖維復合材料成型工藝有很多,常用的工藝包括樹脂傳遞模塑(RTM)成型、注射成型法、模壓成型法、纏繞成型法、拉擠成型法、熱壓罐成型法、壓力袋法、噴射成型法、手糊成型法等等。其中模壓成型、熱壓罐成型等采用的是預浸料,纏繞成型、拉擠成型采用纖維在線浸潤的方式,而RTM則是預成型體的液體成型,長程流動。
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