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工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈 (PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶 基碳纤维三大类。从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化,碳化收率低,技术难度大、设备复杂,成本较高,产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用;由沥青制取碳纤维,原料来源丰富,碳化收率高,但因原料调制复杂、产品性能较低,亦未得到大规模发展。由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维,其生产工艺较其它方法简单,而且产品的力学性能优良,用途广泛,因而自20世纪60年代问世以来,取得了长足的发展,成为当今碳纤维工业生产的主流。
碳纤维制品,就是指以碳纤维预浸布为原材料,通过不同的加工方法,加工成为能够满足使用要求的材料制品。由于碳纤维拥有极高的材质特性,因此碳纤维制品的强度大,硬度高,远超过同体积同重量的金属材质。因此,碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。也正是因为如此,此前世界上碳纤维技术发达的国家(美国、德国、日本、韩国),对于向中国输出碳纤维产品和技术,保持着极其谨慎的态度。即使在目前,我国碳纤维以及碳纤维制品的进口,还受到发达国家的严格控制。
碳纤维是目前已大量生产的高性能纤维中具有比强度和比模量的纤维,作为一种高性能纤维材料,作为一种优异的增强材料,碳纤维与树脂等基体材料的融合,能够提高材料的强度、刚度、减振性、导热性等其它优异性能,碳纤维复合硬毡材料是复合材料家族中应用最广泛的一种,逐渐成为现代高新技术领域最优应用前景的一种复合硬毡材料。我们知道碳纤维复合硬毡材料具有优异的力学性能,这表现在碳纤维的强度方面。根据受力种类,碳纤维的强度可分为四种,抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪切强度,碳纤维复合硬毡材料的抗压强度和抗弯强度在1100MPa以上,抗拉强度达到3000MPa以上,碳纤维复合硬毡材料的层间剪切力也达到了100MPa,而一般碳纤维制品都是采用多层碳纤维预浸料铺陈。
真空炉保温是由炉体、真空机组、液压系统、控制系统、冷却系统等几部分组成的,对于气冷真空炉要具备氮气储气罐,为防止停水或水压不足等要备有高空水槽,防止因停水而烧坏或烧蚀密封件、电极等。真空炉的炉体和炉门由高强度钢板焊按而成,为双层水套结构形式,炉门由齿轮、齿条传动开启和关闭,灵活方便。加热室是圆形结构,石墨管状加热器和冷却气体喷嘴沿加热室的周围成360度均匀分布,高级碳毡及柔性石墨纸作为保温材料,结构轻巧固定。真空炉根据加热的形式可分为外热式和内热式两种。内热式是真空炉生产厂家的首选炉型,按结构的不同可分为单室、双室、三室以及连续式等真空炉,有气冷、油冷和气油两用炉。
石墨具有良好的化学稳定性。碳纤维经过特殊加工的石墨,具有耐腐蚀、导热性好,渗透率低等特点,就大量用于制作热交换器,反应槽、凝缩器、燃烧塔、吸收塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门,可节省大量的金属材料。作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料:由于石墨的热膨胀系数小,而且能耐急冷急热的变化,可作为玻璃器的铸模,使用石墨后黑色金属得到铸件尺寸准确,表面光洁成品率高,不经加工或稍作加工就可使用,因而节省了大量金属。生产硬质合金等粉末冶金工艺,通常用石墨材料制成压模和烧结用的瓷舟。中山碳纤维单晶硅的晶体生长坩埚,区域精炼容器,支架夹具,感应加热器等都是用高纯石墨加工而成的。此外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座,高温电阻炉炉管,棒、板、格棚等元件。