1:碳化是碳纖維形成的主要階段。預(yù)氧絲在惰性氣體保護(hù)下通過碳化爐,碳化爐溫度一般為1300~1600℃之間,在此溫度下,預(yù)氧絲中的非碳元素如N、H、O等從纖維中排出去。碳化溫度可分為兩個(gè)區(qū)域,即600℃以下的低溫區(qū)域和600℃以上的高溫區(qū)域,溫度不同,發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有所區(qū)別。在低溫區(qū),分子間產(chǎn)生脫氫、脫水而交聯(lián),生成碳網(wǎng)結(jié)構(gòu),末端鏈分解放出NH3。預(yù)氧化過程中未環(huán)化的一CN也可產(chǎn)生分子間交聯(lián),生成HCN氣體。在高溫區(qū),環(huán)開裂,分子間交聯(lián),生成HCN、N 碳網(wǎng)平面擴(kuò)大。隨著溫度升高,纖維中的氮含量逐漸減少;
2:碳化工藝中碳化處理溫度和升溫速率對碳纖維性能影響較大。一般來講隨著處理溫度的升高碳纖維的拉伸強(qiáng)度升高,進(jìn)一步提高溫度,CF強(qiáng)度開始下降。CF的模量隨著處理溫度的升高而增加;
3:碳化升溫速率也是影響CF性能的關(guān)鍵參數(shù)。在碳化的低溫區(qū)要求升溫速度要慢,F(xiàn)itzer等人認(rèn)為此階段的升溫速率應(yīng)低于5℃·min-1,升溫速率太快,會(huì)導(dǎo)致脫氫、脫水等反應(yīng)速度加快,造成纖維結(jié)構(gòu)中有空隙、裂紋等產(chǎn)生。高溫區(qū)升溫速率可快一些,因?yàn)樘嫉木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已初步形成;
4:碳化時(shí)大多使用氮?dú)鉃榻橘|(zhì),也有使用其他非氧化氣體如HCL、Zno等的報(bào)道。傳統(tǒng)的碳纖維工藝都是采用電阻爐加熱,能耗較大,使碳纖維成本居高不下。為此Felixl等在2001年申請的專利中提出了等離子體結(jié)合電磁輻射技術(shù)進(jìn)行碳化制備碳纖維的方法,與傳統(tǒng)方法相比降低了CF成本。
本文標(biāo)簽: 碳纖維,碳化,碳化爐,升溫速率,碳纖維性能,碳纖維材料
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