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老王漫談┃神奇的碳纖維 ——老王漫談新纖維之二

2019-12-20 17:35:54評論:0 來源:中國紗線網   
核心摘要:碳纖維或許是目前合成纖維里最頂級的產品了。 盡管它與芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維并稱為高性能合成纖維里的三大明珠,但相比較而言,碳纖維無論從綜合性能還是制造難度看,都應該排在更為前列的位置。
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▲《老王漫談》第113期
碳纖維或許是目前合成纖維里最頂級的產品了。

盡管它與芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維并稱為高性能合成纖維里的三大明珠,但相比較而言,碳纖維無論從綜合性能還是制造難度看,都應該排在更為前列的位置。

那么,碳纖維究竟有哪些神奇之處呢?

一、它是目前合成纖維里最耐高溫的纖維。
二、耐腐蝕性能優越。
三、它是強度超過鋼,比重輕于鋁,像銅一樣可以導電的纖維。它的比重只有鋼的1/4,但抗拉強度卻是鋼的7-9倍!



按照現有的技術,直接用碳纖維進行紡紗還有相當大的難度,而且也不經濟。人們主要利用了碳纖維的第三個優點,通過與塑料、陶瓷、金屬、水泥等結合,制造先進復合材料。比如,用碳纖維增強的環氧樹脂復合材料是目前世界上比強度、比模量綜合指標最高的工程材料。


有了碳纖維,人類挑戰極限的步伐就會邁得更大。

據說世界上最輕的自行車只有1.2公斤,車身全部采用碳纖維構造而成,其強度超過過去的任何材料,非常的輕巧,即使是女生也可以輕易地提起來。

2007年,F1大賽加拿大站,世界著名賽車手庫比卡在比賽中失控,賽車以超過300公里的時速與護墻猛烈碰撞,賽車整體基本解體,但庫比卡的身體竟然只受了點輕傷。這是因為用碳纖維制作的駕駛座艙起到了關鍵的保護作用。





與傳統的鋼材相比,以碳纖維為關鍵材料制造的飛機、輪船、艦艇、汽車,重量可以減少一半,而強度成倍提高,直接的效應是能耗大幅下降。

這還不是碳纖維價值最高的地方,它還有更多優點。

在軍工方面,碳纖維最早的用途就是用于火箭噴管和鼻錐的燒灼材料。

在航天方面,由于碳纖維的低熱膨脹系數,被用于衛星天線和反射鏡。

在風力發電領域,碳纖維大量應用于巨大尺寸的風葉制造。

在醫療方面,中空碳纖維被用于分離血漿血清。

在核能方面,碳纖維材料被用于核反應堆中的高溫過濾介質。

在電子技術方面,高導熱低電阻碳纖維被用于屏蔽電磁和射頻干擾。
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碳纖維是人類發明的性能最優異的新材料,不僅被廣泛用于各種尖端技術領域,也逐漸走進百姓的日常生活。

釣魚竿、登山杖、羽毛球拍、帳篷桿、手提電腦的外殼、自行車……凡是需要又輕又堅固的材料,碳纖維是當然的首選。

最后,我們來學習一下其他知識,以便更全面地了解碳纖維。

碳纖維是指含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。

由于原料比例不同、性能不同、用途不同,碳纖維根據原絲種類主要分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。碳纖維根據力學性能可分為通用型和高性能型。

碳纖維最早是為了滿足人們制造性能優良的燈絲應用而生的。1879年,愛迪生用油煙和焦油的混合物做成絲,再碳化做成燈絲,碳絲才在電燈上得到應用,電燈也因這項發明成為十九世紀的偉大發明。

最開始的碳纖維是用粘膠纖維碳化制作的,這種美國人發明的碳纖維被稱為粘膠基碳纖維。但后來逐漸被日本人發明的更先進的PAN基碳纖維所替代。

1965年日本群馬大學教授大谷杉郎成功研制了瀝青基碳纖維。標志著日本成為世界碳纖維領域的領先者。

1970年日本東麗公司依靠先進的聚丙烯腈原絲技術開發生產高性能碳纖維,至今仍處于世界領先地位。

目前日本三大碳纖維生產商東麗集團、東邦集團和三菱集團三家合計產能占全球產能的70%以上。



中國的碳纖維產業從20世紀60年代后期開始研制工作。由于國外同行的嚴格控制與封鎖,我國碳纖維產業仍然處于比較落后的水平,無論是產量和品質都與國際水平差距甚大。國內主要碳纖維企業包括中復神鷹、精工集團、光威復材以及吉林化纖等。

這樣的狀況,我們希望早日得以改變!
(責任編輯:老王)
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