碳纖維預氧化過程中的物性變化

　　碳纖維是用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、酚(phenol)醛(aldehyde)纖維為原料制造而成的，其中最重要的兩個步驟是預氧(Oxygen)化和石墨(化學式C )化，這是為了篩除纖維原料中除碳以外的雜質，讓它的含碳量最終達到95%以上。碳纖維復合材料在復合材料大家族中，纖維增強材料一直是人們關注的焦點。自玻璃纖維與有機樹脂復合的玻璃鋼問世以來，碳纖維、陶瓷纖維以及硼纖維增強的復合材料相繼研制成功，性能不斷得到改進，使其復合材料領域呈現(xiàn)出一派勃勃生機。下面讓我們來了解一下別具特色的碳纖維復合材料。本文小編要和大家說的是碳纖維預氧化（oxidation)過程(guò chéng)中的物性變化。

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  　　1、牽引與收縮。在預氧(Oxygen)化過程(guò chéng)中，會出現(xiàn)兩類收縮：物理收縮和化學收縮。在熱氧化環(huán)境中，大分子鏈的布朗熱運動要加快，鏈段或鏈節(jié)要解取向，出現(xiàn)更多的構象，使其處于熱力學穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)狀態(tài)。這種物理收縮大多發(fā)生在200℃以下，需加張力抑制收縮，否則纖維疏松而沒有強力。即使實施牽伸措施（指針對問題的解決辦法)，仍然存在一定程度的解取向。   　　2、溫度和溫度梯。溫度和溫度梯度的設置是預氧化的主要工藝參數(shù)，備受人們的關注。目前大致分為兩大類型，一是低溫慢速預氧化，二是高溫快速預氧化。在20世紀90年代，大多采用低溫慢速，而目前大多采用高溫快速法。在200℃之前，纖維主要發(fā)生物理過程，200℃之后，主要發(fā)生化學反應。   　　3、纖維強度（strength)的下降。在預氧化過程中，隨著預氧化進行原絲的拉伸強度逐步（step by step)下降，這是因為側鏈氰基轉化為梯形結構，使大分子鏈之間的內聚能高密度（單位:g/cm3或kg/m3)顯著（striking）下降，再加之大分子鏈的熱解，致使拉伸強度下降。拉伸強度的下降的程度取決于芳構化指數(shù)。一般來說，預氧化處理(chǔ lǐ)后，纖維的拉伸強度幾乎降到原來的一般。這不要緊，因為在后面的工序中會提升強度。   　　4、密度的變化。隨著預氧化反應的發(fā)生，纖維密度逐步提高。原因主要有一下幾個：

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　?、贇涞陌戎刂鸩剑╯tep by step)下降(descend)，結合氧(Oxygen)量逐步增加，分子量較大的元素氧逐步取代分子量輕的氫；
　　②分子的線長度縮小，致使密度（單位:g/cm3或kg/m3)提高；
　　③牽伸力使縱向伸長和徑向收縮，促進了密度的提高；
　　④分子間的交聯(lián)或縮聚使分子間的次價鍵力轉變?yōu)閮r鍵力。碳纖維制品就是指以碳纖維預浸布為原材料，通過不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質特性，因此碳纖維制品的強度大，硬度高，遠超過同體積同重量的金屬材質。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領域有著廣泛的應用。也正是因為如此，此前世界上碳纖維技術發(fā)達的國家（美國、德國、日本、韓國），對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術，保持著極其謹慎的態(tài)度。即使在目前，我國碳纖維以及碳纖維制品的進口，還受到發(fā)達國家的嚴格控制。   　　預氧(Oxygen)化（oxidation)是雖然只是碳(C)纖維制造過程(guò chéng)中的一個步驟（procedure)，但涉及的網(wǎng)站內容知識(zhī shí)也很多，關于聚丙烯腈基碳纖維預氧化的全過程，有興趣的話可以看看這篇文章，想了解(Find out)更多碳纖維的內容請關注官網(wǎng)，我們會定期更新相關(related)內容。   　　 123456