宜春碳纖維布加固公司-加固之家

碳纖維在1960年代投放到固體火箭發動機的機殼和坦克中時，它不僅可以代替玻璃纖維，而且還可以吸收其他各種材料。

用于制造碳纖維的原料稱為前體。生產的碳纖維中約有90％由聚丙烯腈（PAN）制成。其余的10％由人造絲或石油瀝青制成。所有這些材料都是有機聚合物，其特征在于由碳原子結合在一起的長分子分子。每個前體的確切組成因一家公司而異，通常被認為是商業秘密。

在制造過程中，會使用各種氣體和液體。這些材料中的一些被設計為與纖維反應以達到特定的效果。其他材料設計為不與纖維起反應或防止與纖維發生某些反應。與前體一樣，許多這些處理材料的確切成分也是專有的。

碳纖維的制造過程部分是化學過程，部分是機械過程。前驅體被拉成長條或纖維，然后加熱到很高的溫度，而不讓它與氧氣接觸。沒有氧氣，纖維將無法燃燒。相反，高溫導致纖維中的原子劇烈振動，直到大部分非碳原子被排出為止。此過程稱為碳化，留下的纖維由長且緊密互鎖的碳原子鏈組成，僅剩余少量非碳原子。

50年后，它仍然是一種奇特的材料。當然，蝙蝠俠穿上了西裝，昂貴的汽車在儀表盤和性能部件上散布著它，但低端價格為每磅10美元，對于大規模部署而言，價格仍然太高了。我們已經使用了幾十年了。我們的材料科學摩爾定律在哪里使這種材料便宜？為什么這些東西仍然那么貴？

穩定

在纖維碳化之前，需要對其進行化學改變，以將其線性原子鍵轉變為更熱穩定的梯形鍵。這是通過將空氣中的纖維加熱到大約390-590°F（200-300°C）30-120分鐘來完成的。這導致纖維從空氣中吸收氧分子并重新排列其原子鍵合模式。穩定化學反應很復雜，涉及多個步驟，其中一些步驟會同時發生。它們還會產生自己的熱量，必須對其進行控制以避免纖維過熱。在商業上，穩定化過程使用多種設備和技術。在某些過程中，纖維被拉過一系列加熱室。在另一些情況下，纖維通過熱輥并通過熱空氣流保持懸浮的松散物料床。

碳化

纖維穩定后，將它們在裝滿不含氧氣的氣體混合物的熔爐中加熱至約1,830-5,500°F（1,000-3,000°C）的溫度幾分鐘。氧氣的缺乏阻止了纖維在非常高的溫度下燃燒。保持爐內的氣壓高于外部氣壓，并密封纖維進出爐的位置，以防止氧氣進入。隨著纖維被加熱，它們開始以各種氣體的形式失去其非碳原子以及一些碳原子，這些氣體包括水蒸氣，氨，一氧化碳，二氧化碳，氫氣，氮氣等。隨著非碳原子的排出，剩余的碳原子形成緊密結合的碳晶體，這些晶體或多或少地平行于纖維的長軸排列。

處理表面

碳化后，纖維的表面不能與環氧樹脂和復合材料中使用的其他材料很好地粘合。為了使纖維具有更好的粘結性能，其表面會被輕微氧化。向表面添加氧原子可提供更好的化學鍵合性能，并對表面進行蝕刻和粗糙化以獲得更好的機械鍵合性能。可以通過將纖維浸入各種氣體（例如空氣，二氧化碳或臭氧）中來實現氧化。或在各種液體（如次氯酸鈉或硝酸）中使用。也可以通過在充滿各種導電材料的浴中將纖維制成正子，從而對纖維進行電解涂覆。必須小心控制表面處理過程，以免形成微小的表面缺陷（例如凹坑），而這些缺陷可能導致纖維失效。

漿紗

表面處理后，對纖維進行涂覆以保護它們在纏繞或編織過程中不受損壞。此過程稱為調整大小。選擇涂層材料使其與用于形成復合材料的粘合劑兼容。典型的涂料包括環氧樹脂，聚酯，尼龍，氨基甲酸酯等。

涂覆的纖維纏繞在稱為線軸的圓柱上。將線軸裝入紡紗機中，然后將纖維捻成各種尺寸的紗線。

在碳纖維成為碳纖維之前，它開始是一種基礎材料，通常是一種有機聚合物，其碳原子將一長串稱為聚丙烯腈的分子粘合在一起。對于類似于毛衣和地毯中的丙烯酸材料的材料，這是一個大詞。但是不同于地板和衣服丙烯酸，變成一種比鋼鐵更強更輕的材料的價格更高。每磅起價三歐元的價格聽起來可能過高，但在制造過程中，數量激增。

看到，要獲得碳纖維的碳部分，原料的一半丙烯酸必須被踢掉。橡樹嶺國家實驗室聚合物基復合材料小組的鮑勃·諾里斯解釋說：“最終產品的成本將是開始時的兩倍，因為燒掉了一半。" “甚至在不考慮能源和設備之前，最終產品中的前體成本約為每磅5美元。"

每磅5美元的價格也是使碳纖維進入主流汽車應用的魔幻數字。七個骨頭會起作用，但五個會最大。因此，就目前而言，僅基礎材料就已經超出了預算。

還有更多。迫使丙烯酸酯釋放其非碳原子會耗費巨大的機器和大量的熱量。兩個主要加工步驟中的第一個是氧化穩定化。在這里，纖維不斷地通過50-100英尺長的烘箱喂入，從而排出數百攝氏度范圍內的熱量。這個過程需要幾個小時，所以它是一個巨大的能量消耗者。