介紹
短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維切斷機短切而成,其基本性能主要取決於其原料——碳纖維長絲的性能。短纖維具有分散均勻、餵料方式多樣、工藝簡單等的優點,可以套用於碳纖維長絲所不適合的特殊領域。起源
1880年,美國發明家愛迪生首先將竹子纖維碳化成絲,作為電燈泡內發光燈絲,開啟了碳纖維(CarbonFiber,簡稱CF)的先河。碳纖維用於結構材料的首創者,則以美國UnionCarbide公司(U.C.C.)為代表,於1959年以螺距纖維為原料,經過數千百度的高溫碳化後,得到彈性率約40GPa,強度約為0.7GPa的碳纖維;1965年該公司又用相同原料於3000℃高溫下延伸,開發出絲狀高彈性石墨化纖維,彈性率約500GPa,強度約為2.8GPa。1961年,日本大阪工業技術試驗所進藤召男博士,以Polyacrylonitrile(簡稱PAN)聚丙烯腈為原料,經過氧化與數千度的碳化工序後,得到彈性率為160GPa、強度為0.7GPa的碳纖維。
1962年,日本碳化公司(NipponCarbonCo.)用PAN為原料,製得低彈性係數(L.M.)碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料,開發了高強度CF,彈性率約為230GPa,強度約為2.8GPa,並於1966年起達到每月量產1噸的規模,與此同時他們還開發了碳化溫度2000℃以上的高彈性率CF,彈性率約400GPa,強度約為2.0GPa。PAN系碳纖維產量於1992年已達6500噸/年,至2000年已超過1萬t/a以上。
雖然碳纖維需求量逐漸擴大,但於1991年冷戰結束後,軍事用途使用量萎縮,又因經濟蕭條,供需失去平衡,產業受到衝擊。然而,美國波音公司新銳機型B777的生產,加上土木、建築、汽車與複合材料套用領域的擴大,使得碳纖維產業逐漸緩步成長。
特點
碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼大、密度比鋁小、比不鏽鋼耐腐蝕性強、比耐熱鋼耐高溫、又能像銅那樣導電,具有許多寶貴的電學、熱學和力學性能的新型材料。碳纖維主要被製成碳纖維增強塑膠這種複合材料來套用。每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成,直徑大約5滋m~8滋m。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近,由一層層以六角型排列的碳原子構成。碳纖維與石墨兩者的差別在於層與層之間的連線。石墨是晶體結構,它的層間連線鬆散,而碳纖維不是晶體結構,層間連線是不規則的,這樣可防止滑移,增強物質強度。一般碳纖維的密度為1750kg/m3,導熱能力高但傳電能力低,碳纖維的比熱容量亦比銅低。當加熱的時候,碳纖維會變厚、變短。雖然碳纖維的天然顏色是黑色,但科學家可以把它染成不同的顏色。
套用
碳纖維具有普通紡織品的柔軟性,可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外,一般不單獨使用,多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構成複合材料。碳纖維增強的複合材料可用作飛機結構材料、電磁禁止除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用於製造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等。1994年至2002年左右,隨著從短纖碳纖維到長纖碳纖維的學術研究,使用碳纖維製作發熱材料的技術和產品也逐漸進入軍用和民用領域。現在國內已經有使用長纖碳纖維製作國家電網電纜的使用案例多處。同時,碳纖維發熱產品,碳纖維採暖產品,碳纖維遠紅外理療產品也越來越多的走入尋常百姓家庭。
主要技術指標:
碳含量: 95% | 拉伸強度: 3500MPa |
拉伸模量: 228GPa | 密度: 1.75g/cm3 |
電阻率: 1.0-1.6Ωcm | 纖維直徑: 7μm |
截面形狀: 圓 形 | 堆積密度: 0.4g/cm3 |
標準長度: 1mm-100mm | 含樹脂型/不含樹脂型 |