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23

2017

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玻璃鋼制品的碳纖維

作者：

　　碳纖維和石墨纖維都是機(jī)械性能很好的纖維。石墨纖維的抗拉強(qiáng)度大約是玻璃纖維的2倍，而耐熱性更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)玻璃纖維。用石墨紗織成的布加熱到25001C，也還具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，玻璃鋼制品所以用它作增強(qiáng)材料，可以制出性能全面的耐高溫、耐燒蝕增強(qiáng)塑料。

　　早在十九世紀(jì)就有人制成了碳纖維。世界上第一只電燈的發(fā)光絲就是碳纖維。稍后，有人把棉花碳化制成了碳纖維，可是性能不佳，沒(méi)有引起人們重視。直到1958年才有人提出用人造絲進(jìn)行碳化處理來(lái)制造碳纖維。兩年以后，日本人進(jìn)藤昭男等對(duì)于用聚丙烯臘纖維為原料制造碳纖維的技術(shù)作了重大改進(jìn)，這種方法終于成為目前工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維的主要方法。

　　他們提出的方法是這樣的：先把聚丙烯睛纖維在拉伸的情況下，在空氣中加熱到200-300℃進(jìn)行預(yù)氧化。然后在惰性氣流的保護(hù)下，把預(yù)氧化過(guò)的纖維加熱到1000℃進(jìn)行碳化分解，纖維中的氫、氮和氧等成分都變成氣體離開(kāi)纖維的分子鏈，最后剩下排列得類(lèi)似石墨結(jié)構(gòu)的石墨化碳纖維。在制造過(guò)程中的預(yù)氧化步驟就叫做石墨化。由于進(jìn)行了石墨化操作，碳原子的排列就更接近于石墨，而且也可以減少碳化過(guò)程中碳原子鏈的斷裂。經(jīng)過(guò)預(yù)氧化和碳化處理，合成纖維的分子鏈怎么會(huì)轉(zhuǎn)變成具有石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維的，這個(gè)問(wèn)題目前還沒(méi)有徹底搞清楚，不過(guò)下面這種解釋是有一定根據(jù)的：

　　本來(lái)是卷曲的聚丙烯睛分子鏈，在拉伸的情況下，沿拉伸的方向舒展開(kāi)來(lái)，成了一條條接近平行的曲折分子鏈。在高溫下，一根或相鄰的兩根分子鏈連結(jié)成環(huán)，同時(shí)把碳原子以外的其他原子除去，成為由六角形碳環(huán)組成的纖維?？梢杂?95頁(yè)的化學(xué)符號(hào)表示這種過(guò)程。

　　翩纖維也是在六十年代里出現(xiàn)的一種性能異常突出的新型增強(qiáng)材料，。4是一種非金屬，通常為棕色粉末或灰色有光澤的晶體。它也是一種非常堅(jiān)硬的物質(zhì)，其硬度幾乎和金剛石差不多。1959年美國(guó)人塔里首先提出了用化學(xué)沉積法制造硼纖維的建議，隨即得到了美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室的大力支持。經(jīng)過(guò)幾年的研制，翻纖維終于迅速地發(fā)展成一種最引人注目的高強(qiáng)度，高剛性的增強(qiáng)材料。