碳纤维是一种重要的纤维增强材料,具有重量轻、强度高、刚度大和耐腐蚀等优点,在航空航天、汽车工业、体育器材等领域得到广泛应用。国内外对碳纤维的工艺技术不同,主要体现在生产工艺、纤维原料和产品性能等方面。
首先,国内外对碳纤维的生产工艺存在差异。目前国内较常见的碳纤维生产工艺主要有熔融纺丝法、气体负压吹纺丝法和湿法纺丝法等。熔融纺丝法是将聚丙烯等聚合物加热至熔融状态,通过喷丝头产生的高速气流将熔融物吹喷成纤维,然后进行炭化处理。气体负压吹纺丝法是通过高压气流将纤维化物吹成纤维,再进行炭化和高温处理。湿法纺丝法是将聚丙烯、聚丁烯等高聚物溶解在有机溶剂中,再通过纺丝头将纤维化物纺丝出来,并进行炭化工艺。
与此相比,国外也采用电化学纺丝法、氨纶纺丝法、气泡吹纺法等生产碳纤维。电化学纺丝法是在电解方式下进行纺丝,纺丝物质为胶体,通过电解槽的阳极和阴极产生的电流将胶体纺丝出来,再进行炭化处理。氨纶纺丝法是在氨纶纺丝机上,将特殊化学药剂溶解在溶剂中,通过喷头纺丝并进行炭化工艺。气泡吹纺法是将预制的聚酯纤维浸泡在特定溶剂中,通过向溶剂中通入气体产生气泡,将气泡中的纤维拉伸并集结成长纤维状,再进行炭化处理。
其次,国内外对碳纤维的纤维原料选择上也存在差异。国内主要使用聚丙烯、聚丁烯等低价的热塑性高聚物作为纤维原料,这种热塑性高聚物具有较低的熔点和炭化温度,生产成本相对较低。而国外则更多地使用聚丘酰胺、聚丙烯腈等高性能化学纤维作为纤维原料,这种纤维原料的熔点和炭化温度较高,产品性能更好。
最后,国内外对碳纤维制品的性能要求也不尽相同。国内主要生产碳纤维板、碳纤维管等碳纤维制品,其主要应用领域以航空航天、船舶、桥梁等为主。这些制品的性能要求较高,包括强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等。而国外除了生产碳纤维板和碳纤维管外,还广泛生产碳纤维复合材料,如碳纤维增强塑料、碳纤维增强金属等。这些复合材料不仅具有碳纤维的高强度和刚度,还能充分发挥其他材料的特性,应用范围更广泛。
汽车碳纤维综上所述,国内外对碳纤维的工艺技术存在一定的差异。国内主要采用熔融纺丝法和湿法纺丝法生产碳纤维,采用聚丙烯等低价热塑性高聚物作为纤维原料,主要生产碳纤维板和碳纤维管等制品;而国外则采用电化学纺丝法、氨纶纺丝法和气泡吹纺法生产碳纤维,采用高性能化学纤维作为纤维原料,生产碳纤维复合材料,应用范围更广泛。
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