碳纖維結(jié)構(gòu)圖(碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點)

宜春鋼結(jié)構(gòu)施工工程 2天前 ( 03-25 20:44 ) 8122 搶沙發(fā)

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)圖,，以及碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點對應(yīng)的知識點,，希望對各位有所幫助，不要忘了收藏本站喔，本文目錄一覽：,，1、,，采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu) 邁凱輪765LT Spider官圖發(fā)布,，2、,，生命燈所釋放的負(fù)氧離子和碳纖維素對人有什么好處,，3、,，碳纖維屬于什么材質(zhì),？制作原材料是什么，4,、,，碳纖維制備工藝，5,、,，纖維是什么材料?

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)圖，以及碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點對應(yīng)的知識點,，希望對各位有所幫助,，不要忘了收藏本站喔。

本文目錄一覽：

1,、采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu) 邁凱輪765LT Spider官圖發(fā)布
2,、生命燈所釋放的負(fù)氧離子和碳纖維素對人有什么好處
3、碳纖維屬于什么材質(zhì)？制作原材料是什么
4、碳纖維制備工藝
5,、纖維是什么材料?
6,、如何DIY碳纖維方法圖解

采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu) 邁凱輪765LT Spider官圖發(fā)布

易車訊? 日前，碳纖維結(jié)構(gòu)圖我們從相關(guān)外媒處獲悉,，邁凱輪765LT Spider官方圖片正式發(fā)布,，該車基于765LT而來，最大的區(qū)別是采用碳纖維硬頂敞篷結(jié)構(gòu),，邁凱倫稱該車是其開發(fā)的賽道上最快的敞篷LT車型,。

外觀內(nèi)飾方面其將沿襲普通版765LT的設(shè)計造型，通過設(shè)計語言以及材質(zhì)的實用塑造出頂級性能跑車的形象,。

相比普通版車型,，該電動硬頂采用一體式碳纖維部件，可在50 公里/小時的速度下11秒內(nèi)折疊起來,，邁凱輪稱該結(jié)構(gòu)的強度和剛度很高,，以至于不需要額外的支撐，以碳纖維結(jié)構(gòu)可提供再諸如翻車等機關(guān)情況下足夠的保護(hù),。

邁凱倫方面稱,，該敞篷車將提供與765LT Coupe相同水平的結(jié)構(gòu)剛度，卻增加碳纖維結(jié)構(gòu)圖了49公斤的重量,，主要來自可伸縮硬頂和隨附的操作機構(gòu),，765LT Spider重約1388公斤，更加考慮到了輕量化的訴求,，而這對于超跑來說尤為重要,。

動力方面，該車采用4.0升雙渦輪增壓V8發(fā)動機,，最大功率570千瓦,，最大扭矩800牛米，與之匹配的是自動變速箱,，該車0-100公里/小時加速僅需2.8秒,，最高時速為330公里/小時。

生命燈所釋放的負(fù)氧離子和碳纖維素對人有什么好處

負(fù)氧離子:

空氣分子在高壓或強射線碳纖維結(jié)構(gòu)圖的作用下被電離所產(chǎn)生碳纖維結(jié)構(gòu)圖的自由電子大部分被氧氣所獲得碳纖維結(jié)構(gòu)圖,，因而碳纖維結(jié)構(gòu)圖,，常常把空氣負(fù)離子統(tǒng)稱為“負(fù)氧離子”。

負(fù)離子有鎮(zhèn)靜,、催眠,、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)咳,、止癢,、利尿,、增食欲、降血壓之效,。比如雷雨過后,，空氣的負(fù)離子增多,，人們感到心情舒暢,。

碳纖維素

碳素纖維又稱碳纖維（Carbon Fiber，簡稱CF）,。在國際上被譽為“黑色黃金”,，它繼石器和鋼鐵等金屬后，被國際上稱之為“第三代材料”,，因為用碳纖維制成的復(fù)合材料具有極高的強度,，且超輕、耐高溫高壓,。

碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維,，其含碳量隨種類不同而異，一般在90％以上,。碳纖維具有一般碳素材料的特性,，如耐高溫、耐摩擦,、導(dǎo)電,、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是,，其外形有顯著的各向異性,、柔軟、可加工成各種織物,，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度,。碳纖維比重小，因此有很高的比強度,。

側(cè)圖為碳纖維布.

1.由來

1880年美國愛迪生首先將竹子纖維碳化絲,，作為電燈泡內(nèi)之發(fā)光燈絲，開啟了碳纖維（Carbon Fiber,，簡稱CF）之紀(jì)元,。碳纖維用在結(jié)構(gòu)材料，首先問世者,，則以美國Union Carbide公司（U.C.C.）為代表,，并于1959年將嫘縈纖維為原料，經(jīng)過數(shù)千百度之高溫碳化后,，得到彈性率約40GPa,，強度約為0.7GPa之碳纖維,；爾后，1965年該公司又用相同原料于3000℃高溫下延伸,，開發(fā)出絲狀高彈性率石墨化纖維,，彈性率約500GPa，強度約為2.8GPa,。

另外,，于日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗所之進(jìn)藤博士，則以Polyacrylonitrile（簡稱PAN）聚丙烯腈為原料,，經(jīng)過氧化與數(shù)千度之碳化工程后,，得到彈性率為160GPa，強度為0.7GPa之碳纖維,。1962年日本碳化公司（Nippon Carbon Co.）則用PAN為原料,，制得低彈性系數(shù)（L.M.）之碳纖維。東麗公司亦以PAN纖維為原料,，開發(fā)了高強度之CF,，彈性率約為230GPa，強度約為2.8GPa,，并于1966年起有每月量產(chǎn)1噸之規(guī)模,；同時亦開發(fā)了碳化溫度2000℃以上之高彈性率CF，彈性率約400GPa,，強度約為2.0GPa,。于1965年，群馬大學(xué)大谷教授,，利用加熱氯乙烯（Vinyl Chloride）得到之瀝青（Pitch）,，經(jīng)過熔融紡絲、不融化與碳化工程處理后,，得到普通級碳纖維,；大谷教授亦可利用木質(zhì)素（Lignin）為原料制作碳纖維。

碳纖維之需求量雖逐漸擴大,，但1991年以后冷戰(zhàn)結(jié)束后,，軍事用途之使用量萎縮，復(fù)因泡沫經(jīng)濟(jì)與景氣蕭條,，供需失去平衡,，產(chǎn)業(yè)受到?jīng)_擊。然而,，美國波音公司新銳機型B777之生產(chǎn),，加上土木、建筑,、汽車與復(fù)合材料之?dāng)U大應(yīng)用,，碳纖維產(chǎn)業(yè)逐漸緩步成長中,。

2.碳纖維之種類

經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90％以上之纖維材料,，稱之為碳纖維,。碳纖維之種類分類有許多方法，可依原料,、特性,、處理溫度與形狀來分類。若依原料可分為纖維素纖維系之嫘縈（Rayon）系與木質(zhì)（Lignin）系,；聚丙烯腈（Polyacrylonitrile）系,；瀝青（Pitch）系；?9?3酚樹脂系與?9?4氣相碳纖系等六種,。若依特性則分為普通碳纖維；高強度高模數(shù)碳纖維與活性碳纖維等三種,。普通碳纖維之強力在120㎏/㎜2以下,，楊氏模數(shù)（Young掇 Modulus）在10000㎏/㎜2以下者稱之；高強度高模數(shù)者,，則強力在150㎏/㎜2以上,，模數(shù)在17000㎏/㎜2以上時稱之。

若依加工處理溫度分類時,，則可分為耐炎質(zhì),；碳素質(zhì)與石墨質(zhì)等三種。耐炎質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為200～350℃,，可供作電氣絕緣體,；碳素質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為500～1500℃，可供電氣傳導(dǎo)性材料用,；石墨質(zhì)碳纖之處理加熱溫度在2000℃以上,，除耐熱性與電氣傳導(dǎo)性提高外，亦具自我潤滑性,。

若按碳纖維制品之形狀分類時,，可分為棉狀短纖維；長絲狀連續(xù)纖維,；纖維束（Tow）,；?9?3織物；?9?4氈毯與?9?5編制長形物等,。

碳纖維屬于什么材質(zhì)？制作原材料是什么

碳纖維

更多圖片(16張)

碳纖維（carbon fiber,，簡稱CF）,，是一種含碳量在95%以上的高強度,、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料,。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕,，但強度卻高于鋼鐵,，并且具有耐腐蝕、高模量的特性,，在國防軍工和民用方面都是重要材料,。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,，是新一代增強纖維,。

碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高,，密度低,、比性能高，無蠕變,，非氧化環(huán)境下耐超高溫,，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性,，耐腐蝕性好，X射線透過性好,。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,、電磁屏蔽性好等。

碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,，楊氏模量是其3倍多,；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右,，在有機溶劑,、酸、堿中不溶不脹,，耐蝕性突出,。

中文名：碳纖維

外文名：carbon fiber

特點：兼具紡織纖維的柔軟可加工性

本質(zhì)：微晶石墨材料

抗拉強度：在3500兆帕以上

抗拉彈性模量：230到430G帕

組成結(jié)構(gòu)

碳纖維

圖冊 8張

碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維,。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨,，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A,，各平行層面間的各個碳原子,，排列不如石墨那樣規(guī)整,，層與層之間借范德華力連接在一起。

通常也把碳纖維的結(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)晶和孔洞組成,，其中孔洞的含量,、大小和分布對碳纖維的性能影響較大。

當(dāng)孔隙率低于某個臨界值時,，孔隙率對碳纖維復(fù)合材料的層間剪切強度,、彎曲強度和拉伸強度無明顯的影響。有些研究指出,，引起材料力學(xué)性能下降的臨界孔隙率是1%-4%,。孔隙體積含量在0-4%范圍內(nèi)時,，孔隙體積含量每增加1%,，層間剪切強度大約降低7%。通過對碳纖維環(huán)氧樹脂和碳纖維雙馬來亞胺樹脂層壓板的研究看出,，當(dāng)孔隙率超過0.9%時,，層間剪切強度開始下降。由試驗得知,，孔隙主要分布在纖維束之間和層間界面處。并且孔隙含量越高,，孔隙的尺寸越大,，并顯著降低了層合板中層間界面的面積。當(dāng)材料受力時,，易沿層間破壞,，這也是層間剪切強度對孔隙相對敏感的原因。另外孔隙處是應(yīng)力集中區(qū),，承載能力弱,，當(dāng)受力時，孔隙擴大形成長裂紋,，從而遭到破壞,。

即使兩種具有相同孔隙率的層壓板（在同一養(yǎng)護(hù)周期運用不同的預(yù)浸方法和制造方式），它們也表現(xiàn)處完全不同的力學(xué)行為,。力學(xué)性能隨孔隙率的增加而下降的具體數(shù)值不同,，表現(xiàn)為孔隙率對力學(xué)性能的影響離散性大且重復(fù)性差。由于包含大量可變因素,，孔隙對復(fù)合材料層壓板力學(xué)性能的影響是個很復(fù)雜的問題,。這些因素包含：孔隙的形狀、尺寸,、位置,；纖維,、基體和界面的力學(xué)性能；靜態(tài)或者動態(tài)的荷載,。

相對于孔隙率和孔隙長寬比,，孔隙尺寸、分布對力學(xué)性能的影響更大些,。并發(fā)現(xiàn)大的孔隙（面積0.03mm2）對力學(xué)性能有不利影響,，這歸因于孔隙對層間富膠區(qū)的裂紋擴展的產(chǎn)生影響。

碳纖維制備工藝

? ? ? ? 碳纖維(Carbon Fibre碳纖維結(jié)構(gòu)圖,，簡稱CF)是纖維狀碳纖維結(jié)構(gòu)圖的碳材料,，及其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上（其中含碳量高于99%的稱石墨纖維）。碳纖維是有機纖維纖維經(jīng)預(yù)氧化,、碳化成的纖維狀聚合物碳,，既不屬于無機纖維，也不屬于有機纖維,。碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強度,，高比模量，耐高溫,，耐腐蝕,，耐疲勞，抗蠕變,，導(dǎo)電,，傳熱，和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能,，它們既可以作為結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷,，又可以作為功能材料發(fā)揮作用。碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比,，楊氏模量是其3倍多碳纖維結(jié)構(gòu)圖,；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右,，在有機溶劑,、酸、堿中不溶不脹,，耐蝕性突出,。因此碳纖維及其復(fù)合材料近年來發(fā)展十分迅速。

? ? ? ? ?可以用來制取碳纖維的原料有許多種,，按它的來源主要分為兩大類,，一類是人造纖維，如粘膠絲，人造棉,，木質(zhì)素纖維等,，另一類是合成纖維，它們是從石油等自然資源中提純出來的原料,，再經(jīng)過處理后紡成絲的,，如腈綸纖維，瀝青纖維,，聚丙烯腈(PAN)纖維等,。

? ? ? ?經(jīng)過多年的發(fā)展目前只有粘膠(纖維素)基碳纖維、瀝青纖維和聚丙烯腈(PAN)纖維三種原料制備碳纖維工藝實現(xiàn)了工業(yè)化,。

? ? ? ? 用粘膠基碳纖維增強的耐燒蝕材料可以制造火箭,、導(dǎo)彈和航天飛機的鼻錐及頭部的大面積燒蝕屏蔽材料、固體發(fā)動機噴管等,，是解決宇航和導(dǎo)彈技術(shù)的關(guān)鍵材料,。粘膠基碳纖維還可做飛機剎車片、汽車剎車片,、放射性同位素能源盒,，也可增強樹脂做耐腐蝕泵體、葉片,、管道,、容器、催化劑骨架材料,、導(dǎo)電線材及面發(fā)熱體,、密封材料以及醫(yī)用吸附材料等。

? ? ? ?雖然它是最早用于制取碳纖維的原絲,，但由于粘膠纖維的理論總碳量僅44.5%實際制造過程熱解反應(yīng)中，往往會因裂解不當(dāng),，生成左旋葡萄糖等裂解產(chǎn)物而實際碳收率僅為30% 以下 ,。所以粘膠(纖維素)基碳纖維的制備成本比較高，目前其產(chǎn)量已不足世界纖維總量的1% ,。但它作為航空飛行器中耐燒蝕材料有其獨特的優(yōu)點,，由于含堿金屬、堿土金屬離子少,，飛行過程中燃燒時產(chǎn)生的鈉光弱,，雷達(dá)不易發(fā)現(xiàn)，所以在軍事工業(yè)方面還保留少量的生產(chǎn) ,。

? ? ? ? 1965年,，日本群馬大學(xué)的大谷杉郎研制成功了瀝青基碳纖維。從此，瀝青成為生產(chǎn)碳纖維的新原料,，是目前碳纖維領(lǐng)域中僅次于PAN基的第二大原料路線 ,。大谷杉郎開始用聚氯乙稀(PVC)在惰性氣體保護(hù)下加熱到400℃，然后將所制PVC瀝青進(jìn)行熔融紡絲,，之后在空氣中加熱到260℃進(jìn)行不熔化處理,，即預(yù)氧化，再經(jīng)炭化等一系列后處理得到瀝青基碳纖維,。

? ? ? ? 目前,，熔紡瀝青多用煤焦油瀝青、石油瀝青或合成瀝青,。1970年,，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的通用級瀝青基碳纖維上市，至今該公司仍在規(guī)?；a(chǎn),。1975年，美國聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corporation)開始生產(chǎn)高性能中間相瀝青基碳纖維“Thornel-P”,，年產(chǎn)量237t,。我國鞍山東亞精細(xì)化工有限公司于20世紀(jì)90年代初從美國阿石蘭石油公司引進(jìn)年產(chǎn)200t通用級瀝青基碳纖維生產(chǎn)線，1995年已投產(chǎn),，同時還引進(jìn)了年產(chǎn)45t活性碳纖維的生產(chǎn)裝置,。

? ? ? ? ?PAN基碳纖維的炭化收率比粘膠纖維高，可達(dá)45%以上,，而且因為生產(chǎn)流程,，溶劑回收，三廢處理等方面都比粘膠纖維簡單,，成本低,，原料來源豐富，加上聚丙烯腈基碳纖維的力學(xué)性能尤其是抗拉強度,，抗拉模量等為三種碳纖維之首,。所以是目前應(yīng)用領(lǐng)域最廣，產(chǎn)量也最大的一種碳纖維 ,。

? ? ? ? 聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn)主要包括原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩個過程,。?

? ? ? ? 原絲生產(chǎn)過程主要包括聚合、脫泡,、計量,、噴絲、牽引,、水洗,、上油,、烘干收絲等工序。?

? ? ? ? 碳化過程主要包括放絲,、預(yù)氧化,、低溫碳化、高溫碳化,、表面處理,、上漿烘干、收絲卷繞等工序,。

? ? ? ? ?PAN基碳纖維生產(chǎn)的流程圖如圖1所示,。

? ? ? ? 在一定的聚合條件下，丙稀腈（AN）在引發(fā)劑的自由基作用下,，雙鍵被打開,，并彼此連接為線型聚丙烯腈（PAN）大分子鏈，同時釋放出17.5kcal/mol的熱量,，即

? ? ? ?生成的聚丙烯腈(PAN)紡絲液經(jīng)過濕法紡絲或干噴濕紡等紡絲工藝后即可得到PAN原絲,。

? ? ? ?預(yù)氧化和炭化過程生產(chǎn)線示意圖如圖2所示。

? ? ? ? 如圖2所示,，PAN原絲經(jīng)整經(jīng)后,，送入1#預(yù)氧化爐、2#預(yù)氧化爐制得預(yù)氧化纖維（俗稱預(yù)氧絲）,；預(yù)氧絲進(jìn)入低溫炭化爐,、高溫炭化制得碳纖維；碳纖維經(jīng)表面處理,、上漿即得到碳纖維產(chǎn)品,。全過程連續(xù)進(jìn)行，任何一道工序出現(xiàn)問題都會影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量,。全過程流程長,、工序多是多學(xué)科、多技術(shù)的集成,。

? ? ? ?均聚PAN的玻璃化溫（Tg）為104℃,，沒有軟化點，在317℃分解,，共聚PAN的Tg大約在85~100℃范圍內(nèi)，共聚組分不同,、共聚量的差異,，使Tg隨之變化。共聚含量越多,，Tg越低,。預(yù)氧化的溫度控制在玻璃化溫度和裂解溫度之間，即200~300℃之間。預(yù)氧化的目的是使熱塑性PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu),，使其在炭化高溫下不熔不燃,、保持纖維形態(tài)，熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài),。預(yù)氧化的梯形結(jié)構(gòu)使炭化效率顯著提高,，大大降低了生產(chǎn)成本。同時,，預(yù)氧絲（預(yù)氧化纖維OF）也是一種重要的中間產(chǎn)品,，經(jīng)深加工可制成多種產(chǎn)品，直接進(jìn)入市場,，并已在許多領(lǐng)域得到實際應(yīng)用,。

? ? ? ? ?PAN原絲經(jīng)預(yù)氧化處理后轉(zhuǎn)化為耐熱梯形結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過低溫炭化（300~1000℃）和高溫炭化（1000~1800℃）轉(zhuǎn)化為具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維,。在這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化過程中,，較小的梯形結(jié)構(gòu)單元進(jìn)一步進(jìn)行交聯(lián)、縮聚,，且伴隨熱解,，在向亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的同時釋放出許多小分子副產(chǎn)物。同時,，非碳元素O,、N、H逐步被排除,，C逐漸富集,，最終形成含碳量90%以上的碳纖維。

? ? ? ? 另外,，通過對碳纖維的進(jìn)一步石墨化還可以獲得高模量石墨纖維或高強度高模的MJ系列的高性能碳纖維,。即在2000~3000℃高的熱處理溫度下牽伸石墨化，使碳纖維由無定型,、亂層石墨結(jié)構(gòu)向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,。

? ? ? ? 對于碳纖維來說，預(yù)氧化時間為近百分鐘,，炭化時間為幾分鐘,，石墨化時間較短，一般只有幾秒到數(shù)十秒,。

? ? ? ? 1,、實現(xiàn)原絲高純化、高強化,、致密化以及表面光潔無暇是制備高性能碳纖維的首要任務(wù),。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始,，實現(xiàn)一條龍生產(chǎn)。原絲質(zhì)量既決定了碳纖維的性質(zhì),，又制約其生產(chǎn)成本,。優(yōu)質(zhì)PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件，這是多年經(jīng)驗的總結(jié),。

? ? ? ? 2,、雜質(zhì)缺陷最少化，這是提高碳纖維拉伸強度的根本措施,，也是科技工作者研究的熱門課題,。在某種意義上說，提高強度的過程實質(zhì)上就是減少,、減小缺陷的過程,。

? ? ? ? 3、在預(yù)氧化過程中,，保證均質(zhì)化的前提下,，盡可能縮短預(yù)氧化時間。這是降低生產(chǎn)成本的方向性課題,。

? ? ? ? 4,、研究高溫技術(shù)和高溫設(shè)備以及相關(guān)的重要構(gòu)件。高溫炭化溫度一般在1300~1800℃,，石墨化一般在2500~3000℃,。在如此高的溫度下操作，既要連續(xù)運行,、又要提高設(shè)備的使用壽命,，所以研究新一代高溫技術(shù)和高溫設(shè)備就顯得格外重要。如在惰性氣體保護(hù),、無氧狀態(tài)下進(jìn)行的微波,、等離子和感應(yīng)加熱等技術(shù)。

1,、預(yù)氧化爐碳

? ? ? ? 目前,，大型預(yù)氧化爐采用多層運行方式以提高生產(chǎn)效率。按照加熱空氣的組件在預(yù)氧化爐的內(nèi)部與外部的區(qū)別,，這些大型預(yù)氧化爐可以分為內(nèi)熱循環(huán)式和外熱循環(huán)式兩種,。外熱式可利用廢氣進(jìn)行再次熱交換，利于節(jié)能,，如日本東麗公司的千噸級預(yù)氧化裝置就為該形式,；而內(nèi)熱循環(huán)由于受熱風(fēng)均勻性限制，一般應(yīng)用于小型或試驗線中,。圖3為一種外熱循環(huán)式預(yù)氧化爐示意圖,。

? ? ? ? 圖3所示的預(yù)氧化爐均為鋼板框架焊接結(jié)構(gòu)，分為三層,，熱風(fēng)從頂部進(jìn)入爐膛,，通過上層爐體安裝的孔板，形成一定的溫度梯度,，均勻穿過絲束,，使絲束發(fā)生預(yù)氧化反應(yīng)，從下層的循環(huán)風(fēng)出口通過過濾和再加熱后,，從頂部循環(huán)進(jìn)入,。為控制進(jìn)入爐膛內(nèi)部的熱空氣量，上部爐體設(shè)有解壓門(見圖示),，壓力到設(shè)定值時,，解壓門自動打開卸荷。由于PAN原絲易蓄熱,，容易過熱而引起失火,，故在上部爐體設(shè)有消防噴水管路。由于爐體高大,，故內(nèi)部設(shè)有走臺,。中部爐體部分在操作側(cè)設(shè)有移動門，移動門可正向移出,，移動門上設(shè)有透明觀察窗口,，便于觀察絲束預(yù)氧化情況。由于該種形式的輥體在爐膛外部,，因此在爐膛與外界之間設(shè)有預(yù)熱室,，預(yù)熱室內(nèi)部的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)是單獨分開的。

2,、炭化設(shè)備

? ? ? ? 炭化爐一般分為低溫炭化爐（300~1000℃）和高溫炭化爐（1000~1800℃）兩種,。預(yù)氧絲先經(jīng)過低溫炭化爐，然后再進(jìn)入高溫炭化爐,，兩者形成溫度梯度,，以適應(yīng)纖維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。低溫炭化爐如圖4,、圖5所示,。

高溫炭化爐如圖6所示。

? ? ? ? 將耐熱梯型結(jié)構(gòu)的有機預(yù)氧絲經(jīng)過高溫?zé)崽幚磙D(zhuǎn)化為含碳量在92%以上的無機碳纖維,，實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備是碳化爐,。工程實踐與研究表明：其核心技術(shù)是寬口碳化爐及其配套的迷宮密封、廢氣排除和牽伸系統(tǒng),。對于百噸級碳纖維生產(chǎn)線,，爐口寬度需在1 m以上,，而且要正壓操作，就需非接觸式迷宮密封裝置,；為使熱解廢氣不污染纖維,，排除系統(tǒng)要暢通而瞬時排出；牽伸系統(tǒng)則是制造高性能碳纖維重要手段,。

3,、石墨化爐

? ? ? ? 目前使用的石墨化爐大多是以石墨管為發(fā)熱體的臥式爐，圖5為一種塔姆式石墨化爐示意圖,。

? ? ? ? 另外,，還有以高能等離子體為熱源的石墨化爐、高頻石墨化爐,，分別如圖6,、圖7所示。

? ? ? ? 日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國,，日本的三家企業(yè)：日本東麗,、日本東邦和日本三菱麗陽目前擁有全球丙烯腈基碳纖維 50%以上的市場份額。目前,，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中,，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的 “ 領(lǐng)頭羊” ,。碳纖維最成熟的技術(shù)在日本,。

? ? ? ? 美國是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家之一，同時又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費國,，約占世界總消費量的 1/3,。

? ? ? ? 世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、美國,、德國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家和我國的臺灣省,。其中，碳纖維最大生產(chǎn)商日本東麗,、日本東邦,、日本三菱麗陽的產(chǎn)量合計占全球產(chǎn)量的一半以上。

? ? ? ? 2017 年全球碳纖維產(chǎn)能區(qū)域分布

參考資料：

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