名称:碳纤维、石墨碳纤维 CAS# :7440 - 44 -0
化学式:C ;官能团:OH,COOH,NH
化学组成:C84.3% ~95.7%,97% ~99%(沥青基),氧3% - 7%,±胶剂:环氧树脂、聚酰胺(1.3% -7%)
物理性质
密度/(g/cm3);L76~ 1.99,1.9 〜2.25(沥青基) 莫氏硬度:0.5-1
线性热膨胀系数/(l/K):0.1x 10-6,1.45x 106(沥青基) 比热容/(kJ/kg-K):0.71
热导率/(W/K-m):9 - 100,25 - 1000(沥青基纤维).400(纯铜),540(沥青基碳纤维40/环氧树脂60的复合材料)
最高使用温度/无:1300 杨氏模量/GPa;230 ~390
拉伸强度/MPa:2500 断裂伸长率/%:。4〜2
续表
拉伸模量/GPa:3000- 5500,1400 - 3700(沥青基) 摩擦系数:0.1 ~0.14
光电性质
颜色:黑
电阻率 /n-cm:3.3xl0-2~1.5xl0-3,10-5(中空石墨原丝),(1 ~ 3) x 10-4(沥青基)
形态
纤维长度/削:40~ 160(研磨).6000(切片)、1 ~ 10(中空石墨原丝)、3~50000 (沥青基)
支数/dtex:500~ 12000 微孔/(cm3/g) :0.058 孔径/nm:O.O2-O.O5
単丝直径/削:4~7(研磨)、0.01(中空石墨原丝)、10~13(沥青基)
长径比:6~30 (研磨),860(切片),100 ~ 1000 (中空石墨原丝)
比表面积/(m2/g):0.27~ 0.98,250 - 300(纳米纤维521) ,0.4- 0.7(沥青基)
生产厂商和商标名称:
Amoco Performance Products,Inc. , Alpharetta,GA, USA
ThennalGiph DKA X(0.2mm),CKD X(50mm),DKE X(0.003 〜0.005mm),DKD X(0.2mm) 沥青基导热纤维,纵向导电 率比铜高50%o所有纤维单丝的直径为10呻,括号内数字为长度,DKD较DKA的拉伸模量高
Thomel VMX-11,VMX-12粒状沥青基碳纤维,用于注塑,提高导热、导电率,增强耐磨性和尺寸稳定性
ThomelK-1100 2K 热导率较铜高2 ~ 3倍,比铝高4〜5倍
T300,T650 PAN基碳纤维
Asahi Chemical Industry, Tokyo, Jq^an
Courtauld Ltd., UK
Qxirtelle HM,HT
Hercules Aerospace Espana S. A.,Spain
AS
Hyperim Catalysis Intematicmai, Cambridge, MA, USA
中空碳纤维原丝
Tdio Raywi Co. ,lld. *Tdcyo, Jf^)an affiliated with Ttrfio US ans Tenax,Gemiany
BesHght HTA-C6-S,SR,SRS,N,NR,NRS,E切片纤维(S、E环氧树脂上胶・N聚酰胺上胶)
BesHght HTA-CMF-0040 OH,0160- E,0160- OH 研磨纤维
BesGght peUet-S-1002C-00,S- 1002G- 100,L- 1002C,L- 10G2G-00(PA-66),S- 1230C-00,123OG-OO(POM)
BesHght PrepreglOO系列(环氧树脂改性),300系列(双马来酰亚胺改性)
Toray Industries
Gelion G30
主要应用产品:个人电脑、飞机、火箭、卫星、自动化设备、电器和电子部件、机械部件、医疗设备、钓鱼竿、高尔夫设备、网 球拍、刹车垫、复合材料、消音器、抗静电涂覆的表面
主要聚合物应用:IT、PE、PA、PC、PBT、PEEK、PS、环氧树脂、聚氨酯
碳纤维的应用利用了如下性质:高拉伸强度和模量,高抗疲劳性和光滑性好,密度低 (低于金属),线性膨胀系数低,尺寸稳定性好,耐热,有导电性,可屏蔽电磁波,能被X 光穿透,良好的化学稳定性,耐酸、碱和大多数溶剂性优异。所列的这些性质表明碳纤维可 以用于高性能材料。全球碳纤维的总产量估计为9590t,北美消耗总生产量的40%,欧洲和 日本分别消耗21%,其他国家消耗18%。最大的消费市场是飞机制造业,随后是体育和休 闲设备以及工业设备。碳纤维由聚丙烯睛、人造丝或沥青制造,工艺包括预氧化、碳化、表 面处理。也有表面氧化的碳纤维,能够增加粘结性。同样也有各种树脂的预浸料(最常用的
是环氧和双马来酰亚胺)促进碳纤维的结合。图2-77是碳纤维的横截面显微镜照片,可以 和图2-38所示的镣包膜的纤维照片相比较。
碳化工艺对碳纤维的性质和价格有影响。以 PAN为原料生产最便宜的碳纤维的方法为:在拉 伸下,从300^的取向起始温度快速升温到 1000龙。这种工艺只能生产低模量的碳纤维。高强 度的碳纤维要加热到1500龙,高模量的碳纤维要 在氯气氛下加热到2200Y。不同的工艺条件得到 不同结构的石墨晶体,最终影响纤维的机械性能。 在使用煤焦油或石油沥青为原料的工艺中,初始 原料要加热聚合,加热有助于除去低分子量的挥 发分。得到的向列型液晶,或称中间相,在纺丝 中取向形成纤维。第三种原材料——人造丝并不 常用,因为它的母体材料对环境有很大影响。
Hyperion Catalysis International开发出-•种新技术,能够生产中空碳原丝。该专利技术用丝网除沫器乙烯为原料催化生成直径非常小的中空原 丝。图2-78是该碳原丝的结构图。该原丝 的惊人之处是它的直径极小。一般来说, 达到与PAN基碳纤维填充产品相同的导电 率时,该丝网除沫器材料仅需八分之一,比钢纤维也 少三倍。产生这种性能的原因是该纤维有 高塑性,可以减少纤维的断裂,使纤维在 塑料基体中形成缠结结构。对于汽车和其 他应用中以碳纤维填充的部件的静电涂装, 正在努力使其简单化。
 
图2 - 79为石墨原丝和与炭黑颗粒混合的原丝的比较。炭黑的直径要大于这种中空原丝。
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