极速快三注册登录什么是纳米碳纤维?石墨碳纤     DATE: 2019-09-18 20:07

  可选中1个或多个下面的关键词,搜索相关资料。也可直接点“搜索资料”搜索整个问题。

  是直径为50 200nm,长径比为100 500的新型碳材料。它填补了常规碳纤维(直径为7 10m)和单壁碳纳米管(SWNTs)(直径约为1nm)及多壁碳纳米管(MWNTs)(直径为150nm)尺寸上的缺口,具有较高的强度、模量、长径比、热稳定性、化学活性、导电性等特点;另外,纳米碳纤维在成本和产量上与碳纳米管相比都有绝对的优势。所以在复合材料(包括增强、导电及电磁屏蔽添加剂等)、门控场发射器件、电化学探针、超电容、◇•■★▼催化剂载体、过滤材料等领域都有潜在的应用前景。如:少量加入纳米碳纤维可使芯片的电阻率降到1010Ω·cm,解决静电消散问题;加入少于3%的纳米碳纤维,电阻率可降到104106Ω·cm,可以解决面板类电子器件的静电喷漆问题,而加入一般碳纤维往往不能满足该要求,因为一般碳纤维直径太大,使静电喷漆表面太粗糙,纳米碳纤维直径很细,静电喷漆表面可以达到A级光洁度;作为力学性能的增强剂时,纳米碳纤维可以达到连续碳纤维一样的增强效果,而价格则相当于采用玻璃纤维作增强剂,应用在聚合物基复合材料领域可以提高基体的拉伸、冲击强度和模量,并且导电导热性都有大幅度的提高,是电子、汽车、航天航空等领域的理想的增强材料,如:在ABS基体中加入5%(质量分数)的纳米碳纤维Pyrograf III时,纳米碳纤维可在基体中得到很好的分散并发生取向,使基体的拉伸模量提高44 %。△▪️▲□△所以近年来对纳米碳纤维的理论和应用研究越来越受到广大研究者们的关注。

  通常把2000~3000℃的热处理过程称为石墨化。▲●…△炭纤维在此温度下处理所得的纤维称为石墨纤维。○▲

  一般炭纤维的炭化温度在1000~1500℃。热处理到1000℃时其碳含量已达90%~92%,极速快三投注网站到1200~1500℃时碳含量可达95%左右。继续升温时,炭纤维中残留的氮、氢等非碳原子进一步被脱除,非芳构化碳减少,六角碳网平面的环数增加,转化为类似石墨层面的组织。随着温度的不断上升,这些分布紊乱的石墨层面进一步靠拢(d002减小),转化为类似石墨的微晶状态,◆◁•微晶增大(La,Lc增大),结晶态碳的比例增加,石墨层面沿纤维轴的取向度也增加。

  石墨单晶的拉伸弹性模量高达1051 GPa,炭纤维的拉伸弹性模量也随着最高热处理温度和石墨化程度的升高而升高。但是其拉伸强度也将下降,这是因为在多晶材料中,▪️•★晶界强度往往比晶粒内部强度小,所以初始裂纹大多存在于晶界处,且其在外力作用下扩展时,多沿晶界进行。石墨化温度愈高,★-●△▪️▲□△▽纤维中所含石墨微晶愈大,初始裂纹尺寸就愈大,纤维断裂前裂纹扩展所走的路程就愈短,所做的断裂功就愈小,即断裂前所需储备的弹性应变势能也愈小,口▲=○▼因此拉伸强度变小。▲●此外石墨的蒸气压随温度升高而提高,□▼◁▼在3000℃左右时可达103Pa,由于碳的蒸发使纤维表面缺陷增多,拉伸强度降低。这可在密闭容器中使用高纯氩气加压石墨化的办法来解决(氩气在2000℃以上,能与碳反应生成氰,故宜采用氩气)。在进行石墨化的过程中,仍有5%左右的非碳原子进一步被排除,◆▼并以气体逸出的方式进行,因此当升温速率过大时,由于气胀作用会造成新的裂纹,并使一部分闭气孔变为开口气孔,★△◁◁▽▼致使纤维的拉伸强度下降。

  影响石墨纤维石墨化程度的主要因素除高温热处理条件(最高热处理温度和升温速率)外,还有原料的石墨化难易程度。中间相沥青基炭纤维比聚丙烯腈基炭纤维容易石墨化,故目前所生产的超高模量石墨纤维大部分是以中间相沥青基炭纤维为原料的。石墨纤维的生产是将炭纤维在两端敞口的卧式电阻炉中连续进行的,炉温为2800~3000℃,其发热体炉管多采用石墨材料做成,■□为了延长其寿命可在其内外壁涂以抗氧化的物质如ZrO2、TaO等,也可采用热解炭涂层,炉管外围有一石墨圆筒,作为隔热屏,同时使炉管便于更换。石墨圆筒外的保温材料一般为炭毡或炭黑。炭纤维丝束从一端进,从另一端出,出入口处均采用高纯Ar气气封。在充高纯氩气和炉子通电升温前,需预先将炉子抽真空,•●尽可能将炉内残留的氧气除去。以免在高温下,☆△◆▲■潜伏和吸附在保温材料里的氧分子与炭纤维和石墨炉管发生氧化反应,造成丝束断裂,缩短炉管寿命。

  除连续石墨化方法外,还可采用间歇石墨化,方法是将炭纤维丝束排绕在石墨辊上,然后放入发热体—石墨坩埚中,▲★-●在立式密闭中频感应炉中加热,保温材料采用炭黑,最高炉温可达3200℃。间歇法与连续法相比,其优点是氩气消耗量小,并可以进行加压石墨化和气相掺杂石墨化,◇▲=○▼=△▲缺点是产量较小、质量均匀性较差。

  石墨纤维已商品化,聚丙烯腈基石墨纤维如日本东丽公司生产的M60J,其拉伸模量高达590 GPa,中间相沥青基石墨纤维如美国联合碳化物公司生产的P120其拉伸模量高达830 GPa,拉伸强度为2.14 GPa。