【文章內容簡介】 法：煤或樹脂的炭化物在嚴密條件下 ， 低程度活化 ，擴大其中的微孔 。 ? 3） 涂層法：活性炭或炭化物中加瀝青或樹脂后進行熱處理 ，然后由熱解炭涂層微孔 ， 使孔徑縮小 。 ? 4） 沉積法：在含苯之類的烴類氣體中 ． 熱處理活性炭 ， 通過烴氣體的分解析出熱解炭縮小孔徑 。 ? 5） 熱收縮法：將煤 、 樹脂的炭化物 、 活性炭等在 1000℃ 以上高溫熱處理 ， 通過熱收縮 ， 縮小孔徑 。 3/2/2023 43 煤炭基分子篩制備工藝 ? 我國炭分子篩工業(yè)生產起步階段具有代表性的工藝路線有兩個； ? 以無煙煤為原料； ? 煤 —— 粉碎 —— 加粘結劑造球成型 —— 干燥 —— 炭化 ——氣體活化 —— 氣體堵孔劑碳沉積 —— 炭分子篩； ? 以弱粘接性煙煤為原料： ? 煤 —— 粉碎 —— 加粘結劑造球成型 —— 干燥 —— 炭化 ——氣體堵孔劑碳沉積 —— 炭分子篩 。 3/2/2023 44 碳纖維 —— 定義：碳纖維是指纖維的化學組成中碳元素占總質量 90%以上的纖維。 3/2/2023 45 1)前言 ? —— 碳纖維的研制并實現工業(yè)化生產始于二十世紀 50年代 。 ? —— 1996年全世界碳纖維的總產量已經達到 17000t，其中聚丙烯腈 (PAN)基纖維占 85%， 其余的是瀝青基纖維 。 由于聚丙烯腈基纖維作原料 ， 其生產工藝比較簡單 ， 產品的力學性能優(yōu)良 ， 因此得到了大力發(fā)展 。瀝青基碳纖維 ， 由于原料來源豐富 ， 價格便宜 ， 而且含碳量高 ， 碳化后的制得率高 ， 所以正在迅速發(fā)展 ，有可能在碳纖維的民用工業(yè)方面獲得很好的推廣應用 。 3/2/2023 46 碳纖維的分類，按習慣大致有以下三種方法： （ 1）按原料分類： 碳纖維 ?????向異性中間相）瀝青基（各向同性、各聚丙烯腈基纖維素基（人造絲基）2)碳纖維的分類 3/2/2023 47 （ 2） 按制造條件和方法分類： 碳纖維 （ 3） 按力學性能分類： 碳纖維 ???????氣相生長碳纖維活性碳纖維時得到的碳纖維）石墨纖維（碳化溫度在時得到的碳纖維）碳纖維（碳化溫度在3000~20231600~800????????????????????????)()()()()()()()(UHMHMIMUHTHTMTHPGPaGPaGP超高模型高模型中模型超高強型高強型中強型高性能的纖維，拉伸模量小于（拉伸強度低于通用級3/2/2023 48 碳纖維的性能 （ 十項優(yōu)點；三項缺點 ） 3/2/2023 49 ? （ 1） 在 纖維軸方向 顯示高抗拉強度和高彈性模量 ? 強度和彈性模量是衡量材料堅固程度的兩個最重要的力學性能指標 。 高強度的碳纖維的抗拉強度可達到 30~40噸 /平方厘米 ， 要比鋼鐵大四倍多 。 3/2/2023 50 ? （ 2） 比重輕 —— ~ ? 碳纖維比重只比一般塑料重一點 。 碳纖維的比重是鋁合金的 1/2， 還不到鋼鐵的 1/4。 如按它的抗拉強度比鋼鐵大 4倍 ， 比鋁合金大 6倍計算 ， 碳纖維的比強度比鋼鐵大 16倍 ， 比鋁合金大 12倍 。 由于碳纖維的比強度和比彈性模量特別高 ， 所以對于那些要求全面減輕自重的物體 ， 如宇航用品 、 交通用品 、 體育比賽用品就有更大的意義 。 3/2/2023 51 ? （ 3） 纖度細 ? 碳纖維的外表很平凡 ， 粗看起來象人的頭發(fā) ， 但比人的頭發(fā)要細得多 。 將幾十根碳纖維合在一起才和人的頭發(fā)一樣粗細 。 碳纖維細度可為 。 3/2/2023 52 ? （ 4） 不生銹 、 耐腐蝕 ? 碳纖維不生銹 ， 耐腐蝕 。 除了濃度大于 75%的硝酸和硫酸外 ， 鹽酸 、 硝酸 、 硫酸和一些有機溶劑腐蝕不了碳纖維 。 把碳纖維放在一些酸液中 ， 二百天后測量其彈性模量 、 強度和直徑的變化 ， 發(fā)現在濃度為50%的鹽酸 、 硫酸和磷酸中沒有明顯的變化 ， 在 50%濃度的硝酸中只是稍有膨脹 ， 其耐腐蝕性能遠優(yōu)于不銹鋼 。 在一份硝酸 （ 濃度 70%） 和三份鹽酸 （ 濃度37%） 配成的 “ 王水 ” 中 ， 碳纖維性能不變 。 3/2/2023 53 （ 5）、既能耐低溫，又能耐超高溫 ? —— 在 — 180186。C 的低溫下 ， 許多材料都變得很脆 ， 而石墨纖維布在這么低的溫度下卻依舊是很柔軟 。 ? —— 在 3000~4000186。C 的高溫下 ， 在沒有氧氣的情況下 ， 碳纖維在這樣的高溫下也還是巍然不動 。 ? —— 一般材料的強度隨著溫度的升高都要大幅度降低 ， 但碳材料卻是 唯一的一種在高溫下隨著溫度升高而強度增大的材料 。理論上 ， 隨著溫度的升高 ， 在 2500186。C 時 ， 碳材料的強度不僅不降低 ， 反而比室溫的強度還要提高一倍 。 然而在現有的實際操作中 ， 碳纖維隨著溫度升高而強度并不增加 ， 但在 2023186。C 以上的高溫下 ， 碳纖維的強度和彈性模量卻仍能基本保持 。 因此 ，碳纖維的耐高溫性能還是遠遠超過了一般材料 。 ? —— 碳纖維的升華溫度高達 3650186。C 。 3/2/2023 54 ? （ 6） 能耐溫度急變 ， 熱膨脹系數小 ? —— 碳纖維的耐急冷急熱性能很好 ， 制品即使它從 3000186。C 的高溫一下子猛降到室溫也不會炸裂 ， 這是因為它的線膨脹系數很低的緣故 。 ? —— 碳纖維受到溫度變化時 ， 在它的長度方向上不是熱脹冷縮 ，而是熱縮冷脹 ， 它的膨脹系數是個負數 。 它的膨脹系數的絕對值比鋼小幾十倍 ， 比玻璃要小上百倍 ， 實際上近于零 。 ? —— 因此 ， 碳纖維及其和某些塑料 、 金屬做成的復合材料 ， 可以用來制造精密儀器 、 精密量具和精密機車的零件 。 而且即使在溫度變化較大的環(huán)境中使用 ， 也還能保持其高度的精確性 。 3/2/2023 55 ? （ 7） 常溫下導熱性能良好 ， 高溫下導熱性能低 ? 導熱性是材料傳導熱量能力大小的一個物理性能指標 。 碳纖維在常溫下導熱性能較好 ， 但它的導熱性能是隨著溫度而變化的 。 隨著溫度的升高 ， 碳纖維的導熱性逐漸變低 ， 在 2023186。C 以上的高溫下 ， 它的導熱性要比在常溫時低五 、 六倍 。 同時 ， 碳纖維的高溫導熱性能比其它材料也要低得多 （ 只有金屬的百分之一 ，耐火粘土的十分之一 ） 。 因此 ， 碳纖維是一種很好的高溫隔熱材料 。 用于火箭 、 真空電爐外殼 ， 縮小了火箭和真空爐的體積和重量 。 3/2/2023 56 ? （ 8） 突出的導電性能 ? —— 碳纖維具有很好的導電性 。 ? —— 碳纖維由于是纖細的纖維結構 ， 所以它的材質又與織物的性質有聯系 ， 碳纖維制成的碳線 、 碳布具有柔軟性 ， 可以作成柔軟的 “ 電阻絲 ” ， 用在一些特殊的環(huán)境中 ， 它們的電阻值可以通過制造過程中控制碳化溫度來調節(jié) ， 所以電阻值能調得很高 ， 使需要的電流相當微小 ， 有利于接線的設計 。 同時 ， 這種柔軟的電阻絲在運行中不會變脆 ， 不會產生局部過熱 ， 是一種電阻加熱最有前途的新材料 。 由于碳纖維的電阻值可以調得很高 ， 所以也可以做成表面積較大的發(fā)熱元件 。 ? —— 碳纖維具有高的發(fā)射率 ， 在 1100186。C 它的發(fā)射率為鎢的二倍 ，故可用小電流產生大的輻射功率 。 （ 光 ） 3/2/2023 57 ? （ 9） 優(yōu)良的吸附性能 ? —— 碳纖維具有很好的吸附性能 。 用多孔的原料纖維制得的碳纖維 ， 或用普通碳纖維在蒸汽氣流中加熱到 800186。C 處理后得到的碳纖維 ， 都具有比其它材料優(yōu)異的吸附性能 。 這種材料具有巨大的表面積 ， 而且表面上的碳原子處于 “ 活化 ” 狀態(tài) ， 很容易和其它化學物質結合 。 ? —— 多孔活性炭碳纖維和目前工業(yè)上廣泛應用的吸附材料 ——顆粒活性碳相比較 ， 無論從通氣 、 透水性 、 吸附能力和吸附速度等性能方面 ， 都遠遠超過了顆粒狀活性炭 ， 它的通氣阻力僅為后者的 1/2~1/5， 吸附有機溶劑 、 硫的氧化物和氮的氧化物等有害氣體的能力為其 ~2倍多 。 3/2/2023 58 （ 10） 碳纖維還具有耐輻射 ， 能反射中子等特性 。 3/2/2023 59 ? 碳纖維的缺點： ? —— A、 比較脆 、 怕受壓和剪切 ? 碳纖維尤其害怕 “ 打結 ” 和 “ 急拐彎 ” 。 ? —— B、 抗氧化性差 ? 碳纖維抗氧化性差 ， 在高溫下容易生成二氧化碳跑掉 ， 所以它不耐氧化 。 ? —— C、 破壞前無預報 ? 碳纖維在斷裂前沒有預報 。 碳纖維由于彈性模量高 ， 受力后產生的變形很小 ， 所以即使當它被拉斷時 ， 也只產生 %的伸長變形 。 因此碳纖維在斷裂之前 ，