碳纤维的制作过程主要包括以下几个步骤:
原丝制备
聚丙烯腈(PAN)原丝:通过湿法纺丝技术,将聚丙烯腈聚合物溶解后纺丝得到原丝。
沥青基碳纤维:将沥青预处理成中间相、预中间相或潜在中间相等形态。
酚醛基碳纤维:经过特定的工艺步骤制备。
预氧化
将原丝在200~300℃的温度下进行预氧化,使纤维中的分子链发生交联反应,形成稳定的耐热结构。
碳化
将预氧化后的纤维在1000~3000℃的高温下进行碳化处理,排出所有非碳材料,形成几乎纯碳的紧密编织链。
石墨化(可选)
将碳化后的纤维在2500~3200℃的高温下进行石墨化处理,以提高其结晶度和导电性能。
表面处理
对碳纤维进行气相或液相氧化等处理,以赋予纤维化学活性,增大对树脂等基体材料的亲和性。
上浆处理
在纺丝和/或织造过程中,对纤维进行涂覆以保护纤维,并提高其与基体材料的粘结强度。
成型工艺
将预浸料放入模具中,通过热压罐、树脂传递模塑(RTM)、缠绕成型、拉挤成型、编织成型等方法进行固化成型。
后处理工艺
根据需要进行打磨、切割等后处理,以得到最终的碳纤维制品。
这些步骤共同构成了碳纤维的制造过程,每个步骤都需要精确控制参数,以确保最终产品的质量和性能。碳纤维的制造过程复杂且成本高昂,但因其出色的力学性能、热稳定性和电导性,在多个领域得到了广泛应用。
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