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碳纖維製品分享碳纖維是什麽材料?碳纖維材料為什麽那麽貴?

2020-09-11 10:10:31

                          碳纖維製品

                                   碳纖維製品分享碳纖維是什麽材料?碳纖維材料為什麽那麽貴?

碳素纖維這個詞,想必大家都比較熟悉。大多數普通的跑車都會用到碳纖維材料,包括現在使用的飛機啊導彈之類的。為什麽碳纖維如此昂貴?碳素纖維的作用是什麽?怎樣製作碳纖維?今日小編就帶你去了解一下碳纖維。

一、60年代,碳纖維被放入固體火箭發動機的殼體和油箱中,它不僅取代了玻璃纖維,而且還能吸收各種其它材料。生產碳纖維所用的原料叫做前體。所產碳纖維中約90%是由PAN(PAN)製成的。另外10%是用人造絲或石油瀝青做成的。這三種材料都是有機聚合物,以碳原子結合成長分子為特征。每一個前體細胞的確切成分因公司而異,通常被視為商業秘密。

兩種不同的氣體和液體將用於生產過程中。其中有些物質是為了與纖維發生反應而設計的特殊效果。其它材料被設計成不與纖維發生反應,或者避免與纖維發生反應。和前體細胞一樣,許多這些加工材料的確切成分是專有的。碳纖的生產過程既有化學工藝,又有機械工藝。先驅被拉成長條或纖維,然後在不接觸氧氣的情況下加熱到非常高的溫度。若無氧,纖維不能燃燒。反之,高溫會使纖維中的原子發生劇烈振動,直到排出大部分非碳原子。這個過程叫做碳化,剩下的纖維是由長的、緊密相連的碳原子鏈組成,隻剩下少量的非碳原子。

三百五十年後,它仍是一種獨特的材料。蝙蝠俠穿上了西服,昂貴的汽車把它裝在儀表盤和性能部件上,但是低端的價格是每磅10美元,對大規模部署來說還是太高了。幾十年來玉米视频下载安装污一直在用。材料學摩爾定律使得這種材料如此便宜嗎?這東西怎麽這麽貴啊?

要使纖維碳化,就必須對其進行化學處理,使其線性原子鍵變為熱穩定的梯形鍵。把空氣中的纖維加熱到390-590°F(200-300°C)的30-120分鍾,就可以達到這個效果。這樣,纖維就能從空氣中吸收氧分子,並重新排列它的原子連接。化學穩定性是一個複雜的過程,涉及到許多步驟,其中一些會同時發生。他們自己也會產生熱量,必須加以控製以避免纖維過熱。商用上,穩定工藝采用多種設備和技術。特定的工藝條件下,纖維被拉入一係列加熱室。其他情況下,纖維通過熱輥和熱空流使纖維懸浮在一種疏鬆的料床上。

四、碳化

當纖維穩定後,將其加熱到大約1,830-5,500°F(1,000-3,000°C)的高溫爐子裏,並加入無氧混合氣體。由於缺少氧,纖維無法在很高的溫度下燃燒。將爐內氣壓保持在爐外氣壓以上,並將纖維的進進出出位置密封,防止氧氣進入。當纖維被加熱時,它們就會失去各種形式的非碳原子,以及一些碳原子,如水蒸氣、氨、一氧化碳、二氧化碳、氫、氮等等。當無碳原子排出後,剩餘的碳原子形成了與纖維軸向方向平行的緊密結合的碳晶體。

表麵處理。

五、經碳化處理後,纖維表麵不能與環氧樹脂及複合材料中使用的其它材料粘結。為使纖維具有較好的結合性能,纖維表麵會發生輕微的氧化。將氧原子加入表麵,可以改善化學鍵合性能,並且可以通過腐蝕和粗糙處理來改善機械鍵合性能。將纖維浸入各種氣體(如空氣、二氧化碳或臭氧)中,就能產生氧化作用。或者用於各種液體中(例如次氯酸鈉和硝酸)。亦可將纖維製成正極子,在充滿各種導電材料的浴缸中,從而將其電解塗覆。一定要注意控製表麵處理工藝,以避免形成微小的表麵缺陷(如凹坑),從而導致纖維失效。

漿

六、表麵處理後,應塗覆纖維以防止纖維在纏繞或編織過程中受損。這個過程叫做調整大小。選用塗層材料,使其與粘合劑相容以形成複合材料。主要塗料有環氧、聚酯、尼龍、氨基甲酸酯等。塗布的纖維纏繞在一個叫做線軸的圓柱上。在紡紗機上裝上線軸,然後把纖維撚成各種規格的紗。

最初,碳纖維還沒有變成碳纖維,它是一種基本材料,通常是一種有機聚合物,其碳原子粘結了一長串叫做PAN的分子。就像羊毛衫和地毯裏的丙烯酸材料一樣,這個詞很大。但與地板和衣料不同的是,製造一種比鋼鐵強度更輕的材料要昂貴得多。三歐元一磅的價格聽起來太高了,但是在生產過程中,數量猛增。

要想得到碳纖維的碳部分,原料中的一半丙烯酸就必須被去除。橡樹嶺國家實驗室聚合物複合團隊的鮑勃·諾裏斯解釋道:“由於燃燒掉了一半,最終產品的成本將會是最初的兩倍。”在沒有考慮到能量和設備之前,最終產品的先質成本大約是5美元每磅。

5美元一磅的價格也是將碳纖維應用於主流汽車的神奇數字。7塊骨頭管用,5塊骨頭。所以,就目前而言,光是基本材料就超出了預算。

還不止這些強迫丙烯酸酯釋放它的非碳原子需要龐大的機器和大量的熱量。其中最主要的一步是進行氧化穩定處理。纖維不斷地通過50-100英尺長的烘箱被喂入,從而在數百攝氏度範圍內排放熱量。這一過程耗時數小時,因此這是一個巨大的能量消耗。

這些物質經曆了所謂的碳化。雖然這裏的火爐很短,而且使用時間也不長,但是他們的工作溫度高得多——在開始之前,玉米视频app黄板需要大約1000攝氏度,然後進行一輪更高溫度的加熱。你根本就不會想要這個電費單。

但事情還沒有結束。生產商也必須處理在加熱期間沒有殘餘的丙烯酸。尾氣要處理,以免汙染環境。環保可不便宜。Norris說:“這涉及許多能源、房地產和大型設備。這隻是製造了單獨的纖維本身。

咱們來談談玉米视频app影院在製造過程中所處的位置,以及玉米视频下载要達到的目標。說到碳纖維,你會想到看起來極棒、堅硬、超輕、光亮、有可見組織的麵板,對吧?嗯,玉米视频app黄板剛幹完活。還需要把它們排列成網狀,利用材料的單向強度,把它們粘在一起。

織製品用釘子的意思是要保證所有的線都被拉得很緊。

碳素纖維製造商TohoTenaxAmerica的總裁RobKlawonn解釋道:“你必須要擔心的是,纖維是平行的,並且全部均勻地拉伸。格子中的波浪形線束會對直纖維施加額外的應力,而直纖維最終會首先斷裂。為補償編織不完美的可能性,生產商可能會在必要時增加10%已經非常昂貴的纖維。

單就股票而言,它們並非製造商所需的優勢。他們都是鋼筋混凝土製成的。現在碳纖維可以用來製作熱固性樹脂。他們一起組成的複合材料能夠被加工成某種形狀。但問題是,一旦樹脂在壓力鍋中成型和固化,如果不對產品結構進行整體性進行調整,就無法改變其形狀。小小的錯誤就意味著許多時間的浪費。在汽車工業中,衝壓車體板的速度要比熱固性快一個多小時,這是一個漫長的過程。

所以碳纖維並不隻是需要天才的維修才能達到較低的價格水平,它還需要大修整個係統。正如任何能帶來豐厚經濟回報的事情,這個行業也在努力。

舉例來說,毛衣類丙烯酸樹脂可以替代目前生產商所用的產品。Norris說:“這種設備的專業程度很低,所以前體成本可以降低20%到30%。研究人員也研究了諸如木質素等可再生碳纖維原料,而非當前以石油為基礎的原料。

另一種轉換過程(熱交換,等離子加熱)也可以降低成本。”這會縮短時間,因為你不需要加熱整個火爐;你可以製造出等離子體來包圍電燈絲。

將碳纖維與熱塑性樹脂結合使用的化學反應,科學家尚未完全確定。但一旦實現了這一目標,TohoTenaxAmerica的Klawonn預計,轉換的成本將下降60-70%。


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