碳纖維電熱管的培訓(xùn)材料(已改無錯字)
2022-10-17 21:32:08 本頁面
【正文】 以低碳烴為原料 (碳源 )，在還原性載氣 (H2)氛圍中高溫?zé)峤?，通過 (Fe,Ni等 )過渡金屬的超細(xì)微粒為晶核的特殊催化作用，可直接生成VGCF。反應(yīng)溫度 800℃ ～ 1 300℃ ，硫及其氫化物的適量添加，可增進(jìn) VGCF的密生程度，是 VGCF制備中的添加物。制備方法分為：基板晶種法和浮游催化法。前者是將催化劑微粒 (Fe粒子 )散布于 (石墨、陶瓷等 )基板上，加熱升溫至反應(yīng)溫度 (1000℃ 以上 )，碳源 (苯等 )蒸氣隨載氣 (H2)連續(xù)導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)，進(jìn)行熱解，縮聚，在金屬微粒催化作用下，熱解生成的碳 “種子 ”(CmHn)在催化微粒端側(cè)生長出 VGCF。早期的 VGCF制備，多用此法，可制出較長的 (長達(dá) 300 mm)，纖徑數(shù)微米至數(shù)十微米的 VGCF。但這種方法工藝性差，難以批量制取。鑒此，開發(fā)了 “拼棄生長基板的 ”浮游催化法。此法應(yīng)用二茂鐵 (Ferrocene)等 10 有機(jī)金屬化合物為前驅(qū)體，經(jīng)熱解生成金屬鐵微粒，在反應(yīng)空間分散浮游，起催化劑作用，使裂解的碳 “種子 ”催化成纖， 生成 VGCF。 用這種制備方法， 可 以 1 mm/s～ 3 mm/，快速生成直徑數(shù)納米至數(shù)微米的 VGCF。碳源轉(zhuǎn)化成纖率達(dá) 60%以上。 VGCF的制備具有獨特優(yōu)勢：即 ① 制備工藝簡單，無需紡絲、預(yù)氧化、炭化等 OPCF制造所必需的工藝步驟，可以直接由廉價的低碳烴類通過高溫?zé)峤?，催化生成炭纖維?？蓪嵤o人操作的連續(xù)化自動制造。 ② 纖經(jīng)調(diào)控范圍較寬 (～數(shù)微米 )，適于制取超細(xì)纖維，獲取高結(jié)晶取向性的超高強(qiáng)度、超高模量的超高性能炭纖維。因此浮游催化法制備 VGCF具有量產(chǎn)化潛力，現(xiàn)在已處在工業(yè)化前夕，年產(chǎn)數(shù)百噸規(guī)模的建廠生產(chǎn)，已在籌劃中。 VGCF是碳原子以 SP2(石墨和富勒烯 )為內(nèi)層排列的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，外層為熱解炭疊層?？傮w呈樹木年輪狀的同心圓中空結(jié)構(gòu)。這種組織構(gòu)形，賦予了 VGCF的優(yōu)良物化特性，其各項性能均優(yōu)于同類級的OPCF。因此被認(rèn)為是超高性能 CF。通過催化劑的選用 (如采用 Ni基催化劑微粒 )或調(diào)控金屬催化劑微粒徑 (控成納米級粒徑 )可形成螺旋狀(彈簧管 )炭，或單層炭管 (納米炭管 )，這些 VGCF的系列制品都是性能優(yōu)良、用途廣泛的分子級材料、 VGCF的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、核屏蔽性、高耐熱性、生體親和性等特性，使它適作各種功能材料，廣泛用作貯能 (貯 H2等 )、核堆 (屏蔽材 )、醫(yī)療 (人工臟器 )、機(jī)電 (超微電器 )等材料。而其的優(yōu)良力學(xué)性能、極高的長徑比、對基質(zhì)的良好相容性及輕量特性，特別適于用作各種復(fù)合材料的增強(qiáng)劑，成為汽車、船舶、航天器、運動器件、高層建筑、超微型機(jī)械等工業(yè)的理想材料。 VGCF新世代新材料，亟需大力發(fā)展。 二、碳纖維的發(fā)展及現(xiàn)在的主要生產(chǎn)公司 90 年代中期以后，碳纖維市場發(fā)展很快，在某種程度上反映出碳纖維供不應(yīng)求，市場短缺。 80 年代對碳纖維及其復(fù)合材料的發(fā)展 11 曾作了過分樂觀的預(yù)測，但隨 “柏林墻的拆除 ”和 “海灣戰(zhàn)爭 ”的結(jié)束，國防軍工和高技 術(shù)對碳纖維的需求相對萎縮，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比預(yù)測要少得多。90 年代初期對碳纖維的需求不但沒有增長反而下降，因此，對碳纖維工業(yè)和復(fù)合材料工業(yè)的投資大大減少，造成這一段時間世界碳纖維生產(chǎn)能力沒有太大的增長。 1994 年以后，由于航天航空、體育休閑用品和工業(yè)應(yīng)用對碳纖維的需求大幅度增加，超過當(dāng)時所有碳纖維設(shè)備的生產(chǎn)能力，造成世界市場碳纖維的短缺。 90 年代中期以后，碳纖維生產(chǎn)廠商都投入大量資金建設(shè)新的碳纖維生產(chǎn)線，擴(kuò)大碳纖維生產(chǎn)能力。據(jù)統(tǒng)計，世界各國對碳纖維工業(yè)的投資截止到 1999 年底將達(dá)到 10 億美元。新的碳纖維生產(chǎn)線和新增碳纖 維生產(chǎn)能力主要包括 : 日本東麗公司分別在日本愛媛 (Ehime， Japan)和美國亞拉巴馬州地開土 (Decatur， Ala)建立兩條碳纖維生產(chǎn)線。每條碳纖維生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每年 800 噸，計劃在 1998 年和 1999 年建成。建成后，東麗公司碳纖維生產(chǎn)能力達(dá)到每年 7300 噸。 日本東邦公司對田納克絲 (Tenax)擴(kuò)大 990 噸碳纖維生產(chǎn)能力，在日本密西瑪 (Mishima， Japan)擴(kuò)大 200 噸碳纖維生產(chǎn)能力， 1998 年東邦公司的碳纖維生產(chǎn)能力達(dá)到每年 5100 噸。 日本三菱人造絲公司把在日本托姚哈 西 (Toyohashi)的碳纖維生產(chǎn)能力增加一倍，達(dá)到每年平均 400 噸，這包括在美國加利福尼亞州薩克拉門托 (Sacramento， Calif)年產(chǎn)約 700 噸的生產(chǎn)能力。 美國阿莫科 (Amoco)公司在南卡羅來納格林佛爾 (Greenville， )和巖石山 (Rock )各有一條碳纖維生產(chǎn)線， 1998 年有生產(chǎn) 1900噸 12K 和 24K 宇航級碳纖維的能力。 在美國加利福尼亞州普里圣多 (Pleasanton Calif)的?？巳麪柟景言趤喞婉R州地開土 (Decatur， Ala)聚丙烯 腈原絲的生產(chǎn)能力擴(kuò)大了一倍，把在猶他州鹽湖城 (Salt Lake City， Utah)碳纖維生產(chǎn)能力增加 20%，這樣?？巳麪柟镜奶祭w維生產(chǎn)能力自 1998 年達(dá)到每年 12 2020 噸。 阿克蘇諾貝爾公司在美國田納西州諾克絲佛爾 (Knoxville， Tenn)增加一條年產(chǎn) 1400 噸大絲束碳纖維生產(chǎn)線，和其他兩家生產(chǎn)線加在一起，總生產(chǎn)能力達(dá)到每年 4850 噸。 卓爾塔克公
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