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工业原料碳纤维

发表时间:2017-1-3 13:52:20
      碳纤维导电性能良好,电阻率为10-3~10-5Ω·cm,但尚不能满足电磁屏蔽的要求,需在纤维表面形成一层导电膜,提高电磁屏蔽效果。
  碳纤维耐热、耐化学药品,且高强,但缺乏韧性,不耐弯折,无热收缩能力,不适于纺织品使用。碳纤维可填加于地毯胶乳中,赋于共导电性。碳纤维可与高分子材料制成导电性复合材料。当碳纤维含量较低时,碳纤维填充的复合材料可作为永久型抗静电材料,当碳纤维含量较高时,可制成电磁屏蔽材料。
  碳纤维的性能如下:
  1、碳纤维的高强度(2~7GPa)
  能代表当今世界水平的是日本东丽公司生产的聚丙烯腈基(PAN)碳纤维,该公司1970年产的T300抗拉强度为3.0GPa(29.87cN/dtex),而目前T300的强度已提高到3.56GPa 已成为通用级碳纤维,T1000的抗拉强度是T300的近2 倍,实验中的数据已达到8.05GPa,而传统的金属纤维的强度为2.56~3.97cN/dtex。截止目前,采用高压氢气条件碳弧放电所制得的石墨晶须,抗拉强度为21GPa,它是目前纤维强度最高者,而石墨晶须理论强度达到180GPa,抗拉强度最好的T1000仅是理论值的3.9%~4.76%。根据经典的Griffith脆性理论和脆性材料的最弱连接理论,碳纤维属于脆性材料,影响其强度的主要因素有原丝的高密化和致密化程度,生产环境的清洁程度,生产工艺,纤维细纤度化程度以及细晶化程度等。因此,高强碳纤维应该向细旦化,均质化(主要是径向结构)以及表面无瑕化(无表面缺陷) 方向发展。
  2、碳纤维的其它主要性能
  2.1 密度小,质量轻。碳纤维的密度主要取决于其碳化温度,PAN基碳纤维在1000℃处理后密度为1.7g/cm3,经2300 ℃以上温度处理,密度一般为2.0~2.1g/cm3,而E型玻璃纤维的密度为2.55g/cm3,金属钢纤维的密度高达7.80 g/cm3。
  2.2 模量高(200~700GPa),刚性好,耐疲劳,具有自润滑性,磨擦系数小,耐磨性能好。高模量碳纤维也叫石墨纤维(GRF),含碳量一般在92%~96%之间,PAN基石墨纤维M70J的模量为理论值(1020Gpa)的67.7%,最近日本三菱公司产的K13C20的模量达900GPa,为理论值的88.2%,石墨纤维的模量仍在不断提高。试验表明,在铜中混入25 %的碳纤维可使其磨擦率降低到原来的l/100,而加在塑料制品中,其磨擦率可望降低到原来的1/1000。
  2.3 热导性好(10~160Wm-1K-1),不蓄热,热膨胀系数小(-1.1×10-6K-1),尺寸稳定,尤其是在惰性气氛中的耐热性极好。碳纤维的热导率随温度的上升而下降,在1500℃时仅为常温时的15%~30 %。其热膨胀系数呈各向异性,平行于纤维轴向的热膨胀系数比垂直于纤维轴向低得多,这一缺点使其与环氧树脂复合而成的复合材料易于产生裂纹。
  2.4 导电性能极好(5~17μΩm),呈非磁性,具有屏蔽电磁波的功能,同时对X射线的透过性好。此外,碳纤维还具有吸能减振,对振动有优异的衰减功能。
  2.5 耐油,耐酸,耐腐蚀性能好,与生物有很好的相容性能。除了强氧化剂外,一般如浓盐酸,30%的硫酸,以及碱对其均不起作用。碳纤维的耐腐蚀性能比玻璃纤维好。
  2.6 轴向剪切模量较低,断裂伸长小,使耐冲击性差,并且后加工较为困难。
  目前,碳纤维及其产品所具有的独特性能和功能而成为最重要的增强材料之一,碳纤维复合材料(CFRP) 已广泛应用于航空航天,国防军事,汽车制造,运动器械,建筑材料及其它领域;同时碳纤维工业的不断发展,以及碳纤维大丝束化(L I)进程的日益加快,有利于其生产成本的降低,以满足一般工业产品的更新换代,以及碳纤维应用领域的进一步拓宽。