碳纖維電熱管的培訓(xùn)材料(已修改)
2024-09-20 21:32 本頁面
【正文】 1 碳纖維電熱管的培訓(xùn)材料 碳纖維是一種新型的高性能纖維增強(qiáng)材料，它具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和遠(yuǎn)紅外輻射等諸多優(yōu)異性能。它可以依復(fù)合材料形式減輕構(gòu)件重量，從而提高構(gòu)件的技術(shù)性能?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航天航空、新型紡織機(jī)械、石油化工、醫(yī)藥器械、汽車、機(jī)械制造、建筑行業(yè)、文體用品、電信、電加熱等高新技術(shù)領(lǐng)域。它的廣泛應(yīng)用將會極大的改變我們的生活方式和提高我們的生活質(zhì)量。 用碳纖維復(fù)合的工程材料優(yōu)于金屬材料，其抗拉強(qiáng)度高于鋼材于3～ 4倍；剛度高于 2～ 3倍；耐疲勞性高于 2倍； 重量比鋼材輕 3～ 4倍；熱膨脹小 4～ 5倍。它的出現(xiàn)使纖維復(fù)合材料具有更廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。 隨著各種纖維材料增強(qiáng)技術(shù)逐漸變的與結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣重要，碳纖維材料的發(fā)展過程先后引起了諸多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的關(guān)注 , 才有了碳纖維材料今天大力發(fā)展的形勢。在碳纖維材料的研究和開發(fā)過程中，科技工作者已經(jīng)認(rèn)識到，碳纖維材料是進(jìn)入二十一世紀(jì)的最具誘惑的纖維增強(qiáng)材料。 一、碳纖維 的分類及技術(shù)背景 碳纖維是以聚丙烯腈纖維、粘膠纖維或瀝青纖維為原絲，通過加熱除去碳以外的其它一切元素制得得一種高強(qiáng)度、高模量纖維，它有很高的化學(xué)穩(wěn) 定性和耐高溫性能，是高性能增強(qiáng)復(fù)合材料中的優(yōu)良結(jié)構(gòu)材料。 根據(jù)炭化溫度的不同，碳纖維分為三種類型： ⒈ 普通型（ A 型）碳纖維 是指在 900～ 1200℃ 下炭化得到的碳纖維。這種碳纖維強(qiáng)度和彈性模量都較低，一般強(qiáng)度小于 ,模量小于 13462cN/tex。 2 ⒉ 高強(qiáng)度型（ Ⅱ 型或 C 型）碳纖維 是指在 1300～ 1700℃ 下炭化得到的碳纖維。這種纖維強(qiáng)度很高，可達(dá) ～ ，模量約為 13842～ 16610cN/tex。 ⒊ 高模量型（ Ⅰ 型或 B型）碳纖維 又稱石墨纖維，它是指在 炭化后再經(jīng) 2500℃ 以上高溫石墨化處理得到的碳纖維。這類碳纖維具有較高的強(qiáng)度，約為 ～ ,模量很高，一般可達(dá)17107cN/tex 以上，有的甚至高達(dá) 31786cN/tex。 根據(jù) 制作 原料不同可分為 4 類： 聚丙烯腈（ PAN）基碳纖維 作為高性能纖維的一種，碳纖維既有碳材料的固有本征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代軍民兩用新材料，已廣泛用于航空航天、交通、體育與休閑用品、醫(yī)療、機(jī)械、紡織等各領(lǐng)域。 美國聯(lián)合碳化物公司（ UCC）于 1959年開始最早生產(chǎn)粘膠基碳纖維，五六 十年代是粘膠基碳纖維的鼎盛時期，雖然目前已開始衰退，但是它作為耐燒蝕材料至今仍占有一席之地。 1959年，日本研究人員發(fā)明了用聚丙烯腈（ PAN）原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎(chǔ)上，英國皇家航空研究院研制出了制造高性能 PAN基碳纖維時技術(shù)流程，使其發(fā)展駛?cè)肓丝燔嚨溃?PAN基碳纖維成為當(dāng)前碳纖維工業(yè)的主流。產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 90％左右。 1974年，美國聯(lián)合碳化物公司開始了高性能中間相瀝青基碳纖維 Thornel－ P55的研制，并取得成功。目前Thornel－ P系列高性能瀝青碳纖維仍是最好的產(chǎn)品，這樣就形成了PAN基 、瀝青基和粘膠基碳纖維的三大原料體系。 我國從 20世紀(jì) 60年代后期開始研制碳纖維，至今已有三十多年的歷史。 1976年在中科院山西煤炭化學(xué)研究所建成我國第一條 PAN基碳纖維擴(kuò)大試驗生產(chǎn)線，產(chǎn)品性能基本達(dá)到日本東麗公司的 T200，國內(nèi)也叫做高強(qiáng) Ⅰ 型碳纖維。我國從 “六五 ”開始研制高強(qiáng) Ⅱ 型碳纖維（相當(dāng)于 T300），但歷經(jīng) 20年，產(chǎn)品性能指標(biāo)仍未達(dá)到 T300標(biāo)準(zhǔn)，至今 3 仍處于中試放大階段 。 PAN基碳纖維因其具有的高強(qiáng)度、高剛度、重量輕、耐高溫、耐腐蝕、優(yōu)異的電性能等特點，在與其他纖維的競爭中發(fā)展壯大。目前世界主 要聚丙烯腈（ PAN）基碳纖維生產(chǎn)廠家的總生產(chǎn)能力已達(dá)到31650噸的規(guī)模，僅次于芳綸，躍居世界高性能纖維的第二位。 聚丙烯腈（ PAN）基碳纖維有兩大類，即大絲束碳纖維（ LT）和小絲束碳纖維（ CT）。 20世紀(jì) 90年代中期以前世界上生產(chǎn)的都是CT型碳纖維。 1996年美國在 LT型碳纖維技術(shù)上取得重大突破并進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)出位伸強(qiáng)度可以與 CT型碳纖維相媲美的 LT型碳纖維，逐漸取代了原來由 CT型碳纖維獨占的軍事國防、航空航天、體育休閑等應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)而廣泛地向其他領(lǐng)域滲透和發(fā)展。 LT型碳纖維與 CT型 碳纖維相比，有下列兩方面優(yōu)勢：一是 LT型碳纖維可以采用民用聚丙烯腈絲作為制造碳纖維的原絲，而民用聚丙烯腈絲作為普通化工品可以在國際市場自由購買。 CT型碳纖維生產(chǎn)需用高性能特種原絲，這種原絲制備技術(shù)是 CT型碳纖維生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，日本、美國等主要生產(chǎn)公司長期以來不但對高性能特種原絲制備技術(shù)高度保密、不肯轉(zhuǎn)讓，而且也不出售高性能特種原絲產(chǎn)品，這就使 CT型碳纖維長期壟斷在少數(shù)日、美公司手中。 LT型碳纖維技術(shù)的進(jìn)展，打破了一直由少數(shù)日、美公司壟斷的局。二是民用聚丙烯腈絲的價格的 25％，而通常原絲價格約占制備碳纖維的性 能價格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 CT型碳纖維。 世界碳纖維的主要生產(chǎn)商為日本的東麗、東邦人造絲、三菱人造絲三大集團(tuán)和美國的卓爾泰克（ ZOLTEK）、阿克蘇（ AKZO）、阿爾迪拉（ ALDIL1）和德國的 SGL公司等。其中日本三大集團(tuán)占世界生產(chǎn)能力的 75％。世界 CT型碳纖維總生產(chǎn)能力為 22100噸 /年； LT型碳纖維總生產(chǎn)能力為 9550噸 /年；實際生產(chǎn)量約為 70
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