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帝人東邦:什么是碳纖維?


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碳纖維是用途及其廣泛的材料,應用包括汽車零部件、高爾夫球桿以及飛機機翼等,它在我們生活中日益重要。

碳纖維是以經過特殊處理的高質量聚丙烯腈(PAN)為原料。PAN基碳纖維擁有100048000條碳絲,每條碳絲直徑為5-7μm,都是微晶石墨結構。碳纖維通常與樹脂一起固化成復合材料。同金屬(例如鋁)或其他纖維增強復合材料制造的零部件相比,這些碳纖維部件質量輕、強度大。

獨特的性能可設計性,令碳纖維成為各種工藝和應用的理想選擇。

機械數據與動力性能

  • 高強度
  • 高模量
  • 低密度
  • 低蠕變率
  • 吸振性良好
  • 耐疲勞

機械數據與動力性能

  • 高強度
  • 高模量
  • 低密度
  • 低蠕變率
  • 吸振性良好
  • 耐疲勞

化學性能

  • 化學惰性
  • 無腐蝕性
  • 強耐酸、耐堿以及耐有機溶劑性

熱學性能

  • 低熱膨脹
  • 低導熱率

電磁性能

  • X光吸收率
  • 無磁性

電氣性能

  • 高導電率

碳纖維加工

碳纖維既可以干法加工,又可以濕法加工/配合樹脂加工。

干法加工:

  • 預成型體
  • 織物
  • 炭繩
  • 多軸向織物/無屈曲織物(NCF)
  • 單向織物/經編織物
  • 特種紙

濕法加工/配合樹脂加工:

  • 熱固性預浸料
  • 熱塑帶
  • 纏繞
  • RTMVARTM以及SCRIMP
  • 其它樹脂注入工藝,譬如RIMSRIM
  • 拉擠

碳纖維用途

碳纖維是航空航天、汽車、娛樂以及醫療應用中大荷載結構件的理想選擇。此外,碳纖維還廣泛應用于風力發電、能源以及化工行業。


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碳纖維生產是高能耗的過程。由于加工都是準連續的過程,因此,每個產品批次的生產時間可能需要數周。

  • 生產從經過特別處理的高質量聚丙烯腈(PAN)原絲開始。
  • 然后,拉伸PAN原絲,優化分子和結構取向。
  • PAN原絲在線質量控制確保過程的連續性和高效性。
  • 原絲接觸高溫空氣,變成預氧化聚丙烯腈纖維。
  • 將聚丙烯腈纖維放置于氮氣高溫爐中,逐步升高的高溫,碳化成碳纖維。碳纖維在1,000–1,500 °C以上進行最終碳化,令其獲得強度和剛性,并確保其它材料性能。
  • 高模量類型還要在2,000–3,000 °C下完成石墨化。
  • 對碳纖維進行表面處理或蝕刻,令表面可以有效附著。
  • 涂覆聚合物涂層(上漿),提高纖維加工性、含浸性以及結合性。
  • 將連續纖維纏繞到線軸之上。
  • 此外,還可以切斷或研磨纖維。

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可再生能源和能源存儲取決于碳纖維的強度、
熱性能和電導率等等的技術。

可再生能源

海上與陸地風力發電在我們能源組合中的比例正在增大。增加風力發電量意味著對風力發電部件的需求在增加,這正是碳纖維大顯身手的領域。使用碳纖維材料,可以制造更大的葉片,提高每個發電機組的輸出功率。此外,碳纖維還可構成復合材料儲能器的飛輪零件,所存儲的能量要多于鋁制或鋼制儲能器。

在我們從天空中獲取的其它形式能源--太陽能中,碳纖維同樣不可或缺。太陽能板邊框與支撐板均可采用碳纖維材料制造。

東邦碳纖維在未來能源中仍將扮演主導作用,將會擴大應用于燃料電池、普通電池、太陽能板、儲能飛輪,我們期待碳纖維所帶來的創新。


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壓力容器

碳纖維還用于日益普及的天然氣汽車與貨車壓縮天然氣氣瓶,以及燃料電池汽車中的氫氣氣瓶,燃料電池汽車被認為是未來最環保的汽車。

目前的主流是碳纖維纏繞加固鋁制或塑料內膽制造的輕質、高壓氣瓶,您可以在城鎮上看到使用碳纖維加固天然氣瓶的汽車。

而且,運輸壓縮天然氣用的大型氣瓶也可采用碳纖維繞絲方法制造。

相關產品


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作者 ab, ab

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