【正文】 主要用于：吸附廢氣 ， 凈化環(huán)境；回收溶劑及有機(jī)化合物；凈化水；化學(xué)防護(hù)；高效電容和各種電極材料 。 此外 ， 可作超音速飛機(jī)制動(dòng)盤的加強(qiáng)墊層 。這種絕熱層的絕熱能力大 。 ? （ 2） 碳纖維氈和碳素短纖維 。 最常用的是水蒸氣 ， 價(jià)格便宜 ，活化能力強(qiáng) ， 容易控制 。 它在上世紀(jì) 70年代迅速發(fā)展 ， 現(xiàn)已進(jìn)入工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn) 。 目前的瀝青纖維成本最低 ， 僅為用聚丙烯腈作原料制碳纖維的 10%， 而其性能已可滿足一般工業(yè)材料的要求 。 ? —— 炭化處理 ? 把黑化纖維放在惰性氣體中加熱到 1000℃ 以上 ， 就得到了性能優(yōu)良的碳纖維 。 3/2/2023 84 ? A、 石油瀝為原料制造碳纖維分下面幾個(gè)階段： ? —— 蒸餾處理 ? 石油瀝青原料在紡絲前都要先經(jīng)過蒸餾處理 （ 目的是提高它的熱穩(wěn)定性和軟化溫度 ） 。 —— 在用石油瀝青纖維制造碳纖維的過程中 ， 對石油瀝青纖維要有一定的要求 。 用鉑網(wǎng)作催化劑催化熱解氰化氫等來處理有毒氣體 ， 有良好的效果 。 ? 氧化階段需要 4～ 20小時(shí)； ? 炭化階段需要 ～ 2小時(shí)； ? 而石墨化階段只需幾秒鐘至幾分鐘 。 原料纖維連續(xù)地在氧化爐內(nèi)經(jīng)過氧化階段 ， 然后繼續(xù)進(jìn)入炭化爐中炭化 ， 再進(jìn)入石墨爐中石墨化 ， 直到變成石墨纖維出爐 。 把纖維繞在一個(gè)剛性框架上 ， 然后送到氧化爐中加熱 。 石墨化程度主要取決于所達(dá)到的溫度 。 3/2/2023 79 ? —— 碳纖維的拉伸石墨化階段 ? 經(jīng)過炭化后得到的碳纖維 ， 在惰性氣體中再繼續(xù)加熱到2023℃ 以上 ， 于是 ， 就使其含碳量不斷增加 （ 雜質(zhì)不斷被排除 ） ；結(jié)構(gòu)內(nèi)六邊形環(huán)網(wǎng)層間距離不斷縮??；網(wǎng)層面積不斷擴(kuò)大；彈性模量不斷增高；纖維的密度也不斷增加 。 經(jīng)過氧化后的纖維 ， 隔絕空氣 ， 放在真空或氮?dú)?、 惰性氣體等保護(hù)氣體中繼續(xù)加熱 ， 使纖維中的氫 、 氮以及其它元素不斷逸出 ， 直到約 1000℃ 左右 ， 就剩下了主要是由碳元素組成的碳纖維 。 對原料纖維采用各種化學(xué)催化的處理方法 ， 可縮短纖維的氧化時(shí)間 。劇烈的氧化放熱和纖維分解時(shí)放出大量的熱 ， 往往使纖維溫度高于爐溫 ， 并使反應(yīng)難以控制 ， 造成纖維氧化過頭 ， 產(chǎn)生焦化 ，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生嚴(yán)重的缺陷 。 ? —— 經(jīng)過加張氧化后制得的黑化纖維 ， 與未氧化前的原料纖維相比 ，直徑收縮最多的可達(dá) 40%左右 。 在顏色變化的同時(shí) ， 聚丙烯腈的結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了變化 ，最后變成一種耐熱的中間鏈狀化合物纖維 ， 這種纖維叫 “ 黑化纖維 ” 。 ? —— 聚丙烯腈長絲的性能就要有一定的要求： 一是 原料纖維結(jié)構(gòu)中鏈狀分子沿纖維軸向的取向度要高 ， 這樣易制得彈性模量高的碳纖維； 二是 原料纖維的強(qiáng)度要高 ， 這樣易制得強(qiáng)度高的碳纖維； 三是 纖維的粗細(xì)要均勻 。 ? —— 由于在高溫下拉伸纖維需要 昂貴的設(shè)備 ， 所以用纖維素纖維制造碳纖維的成本最高 ， 而且這樣制出的碳纖維與樹脂等復(fù)合的粘結(jié)力小 ， 在使用過程中層之間容易開裂 。 ? —— 若想得到高彈性模量高強(qiáng)度的碳纖維 ， 就必須在加熱過程中對纖維施加張力 。 一百千克的人造絲 ， 碳化后只能得到十五到二十千克的碳纖維 ， 比用腈綸纖維制造的要少一半 。 —— 2） 聚丙烯睛均聚物 、 共聚物 。 3/2/2023 69 使用有機(jī)纖維熱裂解法生產(chǎn)碳纖維 ， 使用的原料要受到以下條件的限制： —— 聚合物不熔融 。 工業(yè)上制造碳纖維是以有機(jī)纖維做原料 ， 在沒有氧氣的情況下經(jīng)過高溫處理轉(zhuǎn)化而來的 。 3/2/2023 66 —— 碳纖維的在結(jié)構(gòu)上的差別決定了其機(jī)械性能的差異 。 ? —— 當(dāng)纖維受到外力拉伸時(shí) ， 全部是由許多互相平行的石墨平面網(wǎng)層內(nèi)的碳原子來分擔(dān)的 。 ? —— 一般在高彈性模量 、 高強(qiáng)度碳纖維結(jié)構(gòu)中 ， 石墨層平面偏離纖維長度方向 （ 軸向 ） 的角度在 177。 平行于平面網(wǎng)層方向的硬度接近于金剛石 ， 而垂直于平面網(wǎng)層方向的硬度則要小得多 （ 相差約三 、 四十倍 ） 。 3/2/2023 63 ? （ 2） 各向異性的碳纖維 ? 在石墨結(jié)構(gòu)中 ， 每個(gè)碳原子只是以三個(gè)等強(qiáng)的共價(jià)鍵和其它三個(gè)碳原子結(jié)合 。 這種碳纖維雖然強(qiáng)度不太高 ， 但它的比表面積 （ 單位重量物質(zhì)所具有的表面積 ） 特別大 ， 是一種非常好的吸附材料 。 3/2/2023 60 碳纖維的結(jié)構(gòu) —— （ 1） 各向同性的碳纖維 —— （ 2） 各向異性的碳纖維 3/2/2023 61 （ 1） 各向同性的碳纖維 普通碳纖維是由有機(jī)纖維在不加張力的情況下 ，在惰性氣體或真空中經(jīng)高溫處理而制成的 。 ? —— 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 。 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(xué)物質(zhì)結(jié)合 。C 它的發(fā)射率為鎢的二倍 ，故可用小電流產(chǎn)生大的輻射功率 。 ? —— 碳纖維由于是纖細(xì)的纖維結(jié)構(gòu) ， 所以它的材質(zhì)又與織物的性質(zhì)有聯(lián)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(diào)節(jié) ， 所以電阻值能調(diào)得很高 ， 使需要的電流相當(dāng)微小 ， 有利于接線的設(shè)計(jì) 。 同時(shí) ， 碳纖維的高溫導(dǎo)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 ） 。 3/2/2023 55 ? （ 7） 常溫下導(dǎo)熱性能良好 ， 高溫下導(dǎo)熱性能低 ? 導(dǎo)熱性是材料傳導(dǎo)熱量能力大小的一個(gè)物理性能指標(biāo) 。 ? —— 碳纖維受到溫度變化時(shí) ， 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(shù)是個(gè)負(fù)數(shù) 。 ? —— 碳纖維的升華溫度高達(dá) 3650186。C 時(shí) ， 碳材料的強(qiáng)度不僅不降低 ， 反而比室溫的強(qiáng)度還要提高一倍 。 ? —— 在 3000~4000186。 把碳纖維放在一些酸液中 ， 二百天后測量其彈性模量 、 強(qiáng)度和直徑的變化 ， 發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼 。 將幾十根碳纖維合在一起才和人的頭發(fā)一樣粗細(xì) 。 碳纖維的比重是鋁合金的 1/2， 還不到鋼鐵的 1/4。瀝青基碳纖維 ， 由于原料來源豐富 ， 價(jià)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(yīng)用 。 3/2/2023 44 碳纖維 —— 定義：碳纖維是指纖維的化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量 90%以上的纖維。 ? 3） 涂層法：活性炭或炭化物中加瀝青或樹脂后進(jìn)行熱處理 ，然后由熱解炭涂層微孔 ， 使孔徑縮小 。 3/2/2023 41 ? 炭分子篩的生產(chǎn)工藝和活性炭相似 ， 關(guān)鍵在于孔徑的調(diào)整 。而 CMS的孔為狹縫形 ， 它可以吸附直徑比孔間隙最小寬度 （ Dc） 小的分子 。 ? ZMS是由硅鋁酸鹽 （ SiOAl） 構(gòu)成 ， 這類吸附劑能選擇性地吸附具有四極子和偶極子以及不飽和鍵和離子性官能團(tuán)的化合物和分子 。 以 CMS為吸附劑的變壓吸附空氣分離技術(shù)作為一種中小規(guī)模經(jīng)濟(jì)地制取富氮的可靠方法；已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用 。 ? CMS與傳統(tǒng)的吸附劑相比 ， 主要區(qū)別在于其孔隙結(jié)構(gòu)： CMS主要由微孔及少量大孔組成 ， 孔徑分布較窄 ，約在 ～ ， 而普通活性炭 （ AC） 除微孔外 ， 還有大量的中孔和大孔 ． 平均孔徑高達(dá) 2nm。 ? 主要控制因素是：活化劑種類和流量；活化溫度；時(shí)間；炭化料的性狀和粒度等 3/2/2023 35 ? 炭分子篩 （ CMS） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ? 炭分子篩 （ CMS） 作為一種新型吸附劑 。 炭化料具有一定的強(qiáng)度和揮發(fā)分含量 。 按原料來源分 ?木質(zhì)活性炭 ? 獸骨、血炭 ?礦物質(zhì)原料活性炭 ?其它原料的活性炭 ?再生活性炭 活性碳的分類 3/2/2023 30 按制造方法分 : ? 化學(xué)法活性炭（ 化學(xué)藥品活化法炭 ） ?物理法活性炭 (氣體活化法炭 ) ?化學(xué) 物理法或物理 化學(xué)法活性炭 按外觀形狀分 ? 粉狀活性炭 ?顆?；钚蕴? o 不定型顆料活性炭 o 園柱形活性炭 o 球形活性炭 ?纖維狀活性碳 3/2/2023 31 活性碳的用途 ? 空氣凈化：能吸附過濾空氣中的惡臭、體臭、 煙氣、毒氣、 O3 、 SO NO等。微孔的表面積占總面積 的 95%。 活性炭的孔結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜， 形狀各異，孔隙大小從不到 1 nm直至 1萬 nm以上，按其孔隙大小可分為大孔、過渡孔，微孔，其大小范圍如下： 活性炭的結(jié)構(gòu)