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[讨论] 沥青基碳纤维的制备方法及其产业化研究

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摘要

阐述了沥青基碳纤维的主要性能和用途,介绍了通用级沥青基碳纤维的制备工艺方法,分析了国内外沥青基碳纤维的工业化生产现状,指出了发展国内沥青基碳纤维的生产将成为未来研究开发的重点。

引言

碳纤维是由母体有机纤维在惰性气氛环境中,1000~3000℃高温状态下碳化而得到的一种无机材料。将碳纤维加入到树脂、金属、混凝土等材料中制备成具有优异性能的复合型材料,在国民经济中占有极为重要的战略地位,且在体育产品、汽车、建筑等相关领域中得到广泛应用。碳纤维按生产原料的不同可以分为: 聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、酚醛基碳纤维、黏胶基碳纤维、沥青基碳纤维等。沥青基碳纤维是以沥青为原料,通过原料的调制、纺丝、不熔化、炭化处理等工艺制得,其具有强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀、导电和导热等优异的性能,是在航空航天、国防工业中不可或缺的工程材料。

 

发表于 2025-2-18 13:18:32



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简介--1 沥青基碳纤维的性能及用途 沥青基碳纤维按其性能和用途的不同可分为两种,分别为通用级碳纤维、高性能碳纤维,通用级碳纤维是由各向同性沥青制备而成,高性能碳纤维则 是由中间相沥青制备而成。 1.1 通用级沥青 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:18:48

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简介--1.2 高性能沥青基碳纤维 高性能沥青基碳纤维是由中间相沥青,通过纺丝、不熔化处理及碳化制备而成。由于其沥青原料及调制方法不同,特别是喷丝板结构的不同,制备出的沥青基碳纤维的断面结构类型不同,如无规则结构 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:19:04

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简介--Amoco公司生产的沥青基碳纤维的性能具有典型的代表性,P系列商业产品的沥青基碳纤维具有模量高、密度高和热导率高性能,特别是Thor-nelK-1100型沥青基碳纤维,其热导率为1170W/ (m·K),是理论值的58%。碳纤维结构参 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:20:01

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简介--2 国内外通用级沥青基碳纤维研究状况 1963年日本群马大学大谷衫郎通过对有机物热处理后,以熔融状态为原料,通过纺丝、碳化制备出了碳纤维。随后日本吴羽化学公司利用该技术生产出了强度为1×10^4kg/cm2,模量为0.7 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:20:22

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简介--由于我国内部制备通用级沥青基碳纤维的相关研究单位之间缺乏沟通交流,造成人力、财力不集中,重复性工作较多,在一定程度上影响了国内碳纤维技术发展速度,截止目前我国通用级沥青基碳纤维的年产量还超不过100t,虽 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:20:38

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简介--3 通用级沥青基碳纤维的制备 通用级沥青基碳纤维的制备工艺主要包括以下几个步骤: ①原料的前期处理 ; ②纺丝沥青调制 ; ③沥青熔融纺丝 ; ④不熔化处理、碳化处理。 3.1 沥青原料前处理 沥青原料按其来源的不同 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:21:21

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简介--石油沥青是原油加工过程的一种产品,其主要是由芳烃及烷基取代芳烃化合物组成。通常以黑色或黑褐色的粘稠的液体、半固体或固体存在,其性质和组成随原油来源和生产方法的不同而变化。合成沥青是由缩合多环芳烃化合物 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:21:37

点评

通常沥青的含碳量在91%~95% ,平均分子量在400以上,具有可塑性。沥青的可纺性及转变为不熔化状态的能力是其能否制备碳纤维的关键要素,适合于作为碳纤维的沥青原料应符合一定条件:①碳含量高,杂质含量低;②具有流  详情 回复 发表于 2025-2-18 13:22
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简介--沙漠里的游鱼 发表于 2025-2-18 13:21 石油沥青是原油加工过程的一种产品,其主要是由芳烃及烷基取代芳烃化合物组成。通常以黑色或黑褐色的粘稠的 ... 通常沥青的含碳量在91%~95% ,平均分子量在400以上,具有可塑 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:22:13

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简介--3.2 纺丝沥青的调制 通用级沥青基碳纤维前驱体沥青为各向同性沥青,而各向同性沥青是指沥青经过调制以后,在结构上存在着有序排列程度高低不同的的晶区和非晶区,由无规取向的片状微晶而组成网状结构,由于无定形碳 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:22:45

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简介--BarrandLew- is报道了空气吹扫沥青使沥青发生脱氢缩合、芳构化、交联等反应,生成较大分子,增加BI 含量和提高C/H比,软化点提高到175℃ 。他们认为在空气氧化时,交联反应和缩合反应同时发生,同时可以抑制中间相小 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:23:07

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简介--3.3 沥青的熔融纺丝 调制好的沥青在纺丝之前要进行充分过滤和脱泡,除去一切杂质和气泡,因为它们的存在严重影响纺丝和碳纤维的力学性能。 沥青纺丝可以采用一般合成纤维工业采用中常用的熔融纺丝法。如喷吹法、挤 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:23:45

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简介--②挤压式纺丝法的工艺是将沥青熔体利用氮气或泵压力作用送入纺丝主体内,通过牵伸力和剪切力使沥青稠环芳烃上片层大分子沿着纤维轴取向排列。 ③离心纺式纺丝工艺是在离心机内滴入沥青熔体,利用离心力的作用使沥青 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:24:19

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简介--沥青的熔融纺丝时应注意几点: ①纺丝成直径尽可能细,因为直径越细,碳纤维的强度越大、性能越好; ②应控制沥青分子沿纤维轴和纤维截面取向,以及分子填充密度、分子结晶大小等关键要素,确保沥青的熔融粘度; ③ ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:24:48

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简介--3.4 沥青纤维的不熔化、碳化处理 由于沥青纤维是热塑型体,在高温条件下不能以纤维丝的状态存在,因此,对沥青纤维进行不熔化及碳化处理,使其在碳化过程中保持纤维状态以及 纤维的择优取向,另外还可以提高沥青纤 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:25:52

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简介--.guestviewthumb {margin:10px auto; text-align:center;}.guestviewthumb a {font-size:12px;}.guestviewthumb_cur {cursor:url("template/one_default/assets/common/scf.gif"), default; max-width:300px;}.ie6 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:26:12

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简介--目前,常见的不熔化处理方法有气相和液相氧化法。气相氧化法常用的氧化剂有: 空气、SO3 、 NO2 、富氧及臭氧气体等;液相氧化法常用的溶液溶剂有硝酸、硫酸、过氧化氢和高锰酸钾等,通常用液相法对沥青纤维进行不熔化 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:27:36

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简介--4 国内外沥青基碳纤维的产业化发展状况 1963年,日本群马大学大谷衫郎,在400℃ 惰性气体保护下用聚氯乙烯制得聚氯乙烯沥青,经熔融纺丝,空气气氛下加热到260℃不熔化处理,惰性气氛下高温碳化后得到沥青基碳纤维 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:27:49

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简介--5 展望 近年来,随着碳纤维材料生产技术的提高及应用领域的不断扩大,碳纤维及其复合材料的需求量逐年增加,我国碳纤维产量有所增加,但与碳纤维的需求还有很大差距,而采用沥青制备碳纤维的优点甚多: (1) 原料丰 ...-登录查看全文

 

发表于 2025-2-18 13:28:05

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