研究生《高性能纤维》课程结业作业

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1、四川大学研究生《高技术纤维》课程结业作业（2009——2010学年下学期）课程名称：高技术纤维任课教师：兰建武成绩：适用专业年级：2009级纺织材料硕士研究生学号：s092994姓名：杨方碳纤维、玄武岩纤维和聚酰亚胺纤维摘要：本文综述了我国碳纤维、玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维的结构和性能、纤维制备特点、发展和现状。关键词：结构、发展、纺丝、随着社会的发展和科学技术的进步，在纺织业也涌现出了各种各样的新产品，尤其是纺织材料方面，除了越来越满足人们的服用需求外，纺织材料也越来越多的被应用于各个领域，因此开发各种功能性纤维材料也变成现在

2、比较热门的话题。本文着重介绍了碳纤维、玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维这三种纤维材料的性能特征。1.碳纤维碳纤维是一种十分重要的结构材料，具有高比强度、高比模量、质轻、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳和热膨胀系数小等一系列优点，被广泛应用于航天航空、战略武器、汽车、交通、能源、建筑和体育用品等领域。由于国外对碳纤维的技术和产品实施全面封锁，因此，碳纤维的研发与产业化必须坚持独立自主的道路。我国碳纤维研发工作已有30余年的历史，但是直到“十五”期间才突破其关键制备技术。1.1碳纤维的结构和性能碳纤维是一种具有类似石墨结构的无机纤维材料。按原料的来

3、源不同可分为粘胶基、沥青基和PAN基碳纤维，其前躯体分别为粘胶纤维、沥青纤维和PAN纤维。PAN基碳纤维是将PAN纤维经氧化、环化和低温、高温碳化后获得的一种无机纤维材料。根据丝束的大小，碳纤维可分为小丝束(1、3、6、12、24K)和大丝束(24K以上),1K和3K碳纤维通常用于织成碳布后再与树脂复合制备复合材料，而6K以上的碳纤维主要用于树脂预浸带或预浸料。根据纤维的性能，碳纤维可分为高强型和高模型，高强型碳纤维的强度为3.5～9.0GPa，而模量只有220～260GPa，通常碳化处理温度为1300～1500℃，而高模型碳

4、纤维在此基础上还需在2800℃左右进行石墨化牵伸处理，使碳纤维的晶粒进一步细化和重排，其模量可达400～700GPa，而拉伸强度仍能保持3.5—4.0GPa[1]。目前，碳纤维的强度仅为其理论强度的5％，影响其强度的关键因素在于形成的结构缺陷。一般将影响碳纤维强度的缺陷分为3类：①宏观缺陷，主要包括纤维丝束中的毛丝、断丝、机械摩擦产生的损伤和纤维中的微孔结构等；②聚集态结构缺陷，主要包括纤维的晶区和无定型区结构及取向态结构缺陷等；③分子结构缺陷，主要包括聚丙烯腈大分子链上存在的共聚单体、头一头或尾一尾连接及聚合物的聚合度分布等

5、。为了提高碳纤维的强度，在其制备过程中必须抑制上述结构缺陷的形成[2]。1.2碳纤维的制备PAN基碳纤维的制备过程主要包括丙烯腈单体的聚合、PAN溶液的纺丝、PAN纤维的碳化和碳纤维的表面处理.PAN纤维的质量是制备高性能碳纤维的核心内容,影响PAN纤维质量的关键在于丙烯腈单体的聚合即获得分子质量较高、分子质量分布较窄、粘度合适和微观结构均一的高质量PAN聚合物溶液引。丙烯腈单体的聚合方法主要有溶液聚合和水相沉淀聚合。溶液聚合包括间歇聚合和连续聚合，采用的溶剂主要有二甲基亚砜(DMSO)和氯化锌水溶液等。水相沉淀聚合主要是在水

6、中引发丙烯腈单体聚合获得PAN粉末，再进行溶解获得PAN溶液。碳纤维产品形式分为4种：丝束(由碳纤维制成的丝束)、布料(由碳纤维制成的织物)、预浸渍(将碳纤维或织物用树脂浸渍而形成的片材)和切断纤维(就是短纤维)。将这些产品加上树脂，即可根据具体的用途制成各种碳纤维增强塑丝。长丝卷绕法：先将树指黏附在碳纤维上，再将这种纤维往芯材上卷绕，然后使树脂固化即可.压力容器和各种筒子都可以用这种方法制造。片材卷绕法：将碳纤维的预浸渍产品卷绕在芯材上，然后加热固化。这种方法可用来生产高尔夫球棒和钓鱼杆。树脂转移模型法：将碳纤维制成的织物故

7、人模型中，先用树脂浸渍，然后使树脂固化。卡车或划艇的主体都可以用这种方法制得。高压釜法：将碳纤维或织物用树脂浸渍成片材，再在高压釜中固化即可。这种方法可用来生产各种收音机部件。复合物法：将碳纤维的短纤维与树脂混合，使之形成某种复合物，然后再用成型、固化的方法加工成机器部件和其他产品。手提电脑的外壳就可用这种方法制造[3]。1.3碳纤维的发展和现状碳纤维是由美国UCC公司1959年以黏胶人造丝为原料开始工业化生产的。高性能的聚丙烯腈基碳纤维生产技术是在日本的进藤昭男于1961年发明的基础上英国的瓦特于1964年开发出来、继之由日

8、本东丽公司于1969年实现了工业化生产的。沥青基碳纤维是由日本的太谷杉郎在1963年发明，同年美国的辛格尔开发出高性能中间相沥青碳纤维生产技术、1975年在美国联台碳化物公司实现工业化的。碳纤维的全面工业化规模生产始于1970年。在20世纪70年代，高尔夫球棒钓鱼杆的开发应用