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應用·高性能瀝青基碳纖維(MPCF)的民品應用
2019年04月26日    閱讀量:5666    新聞來源:碳纖維生產技術  |  投稿

瀝青基碳纖維的研究開發始干20世紀50年代末期,60年代初由日本群馬大學大谷杉郎教授60年代末在日本吳羽化學公司實現工業化生產,生產規模120噸/年,該公司瀝青基碳纖維的生產能力已經發展到900噸/年。日本三菱化學公司于1998年10月又投產了一條200噸/年的瀝青基碳纖維生產線,使該公司的瀝青基碳纖維的生產能力達到了500噸/年。日本石墨纖維公司繼承了日本制鐵和日本石油兩大公司的技術實力,于1995年合資成立了“Granoc”瀝青碳纖維公司,積極開展瀝青基碳纖維的應用研究不僅提高了產品性能,而且開發了很多新品種,如低模量型、中模量型、航空航天級產品等瀝青網sinoasphalt.com我國對瀝青基碳纖維的研制已有40年的歷史,20世紀70年代初,上海焦化廠以煤焦油為原料成功地制取了碳纖維,但因試驗結果不穩定,產品質量不高而中止。

瀝青基碳纖維除具有碳纖維的高強度和模量高,無蠕變,耐疲勞性好,比熱及導電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數小,耐腐蝕性好,纖維的密度低,X射線透過性好等性能特點。還具有較高的熱傳導性能,反向熱膨脹系數和超高的模量,瀝青基碳纖維適用于空間技術和人造衛星領域;瀝青基碳纖維獨特的熱傳導性能,使其在高產出的電氣設備中顯示出良好的散熱效果;對有效載荷有嚴格限制的運載火箭來說,瀝青基碳纖維增強材料在減輕重量上可起決定作用;瀝青基碳纖維的低密度、高熱導性能以及特殊的摩擦性能,對于其在軍事領域的應用十分有價值;而瀝青基碳纖維及其增強材料的穩定性,也為設計制造出高性能與持久耐磨的制動系統提供了理想材料;為了適應開發高模量制品的需要,碳纖維生產商的研發目標已越來越多地轉向具有良好剛性和撓性的瀝青基碳纖維產品,因為它能夠提供一般纖維材料難以達到的高性能。國內主要的應用領域是以下四個方面:

1.1 鉛酸蓄電池正極板

碳纖維具有很強的耐酸堿、耐蝕性能。蓄電池極板活性物質中加入一定比例的碳纖維后(碳纖維長度100~200um),會明顯提高蓄電池的性能指標,如延長蓄電池的放電時間、提高循環使用壽命及快速充電等性能。這是應為碳纖維的加入可阻止活性物質在極板上脫落,并加大導電網絡。由于瀝青基碳纖維含碳量高、價格低廉等,在蓄電池上應用是必然趨勢。

哈爾濱工程大學經過實驗研究:碳纖維的加入量為0.2-0.3%(質量百分數)時,能提高正極活性物質利用率可提高7%-15%.

1.2 剎車片

碳纖維具有高比強度、高比模量、高導熱性、低膨脹系數、斷裂韌性高、耐磨性好、抗燒蝕以及有很好的化學穩定性和尺寸穩定性、強度隨溫度升高而增加等特點。這些特點更適合在制備剎車片產品中的應用。實踐證明碳纖維在剎車片中加入1~2%比例,就明顯提高了剎車片的性能。

1.3 密封件

在高溫高壓的有機溶劑環境中,一般采用氟橡膠、硅橡膠等特種橡膠,通過調整瀝青基碳纖維的含量,制品的最高操作溫度可以達到400℃以上,而且耐溶性能好,使用丁腈膠或改性丁腈膠以及天然膠配合,可以滿足350℃以下的使用要求,碳纖維增強橡膠密封墊片的關鍵技術在于開發一種全新的成型工藝,在不損傷碳纖維和不降低基體材料性能的前提下,使碳纖維均勻布于基體材料中,最大限度的發揮材料性能,拓寬基體材料的選擇范圍。采用碳纖維紙制備碳纖維增強橡膠密封材料是一種全新的技術路線,目前尚未有相關報道,其優點是在加工成型時,碳纖維不會受到破壞,在制品整個層面上纖維是二維連續的,極大的增加了制品的強度和耐磨性,而且該技術路線適用于所有種類的橡膠基體,包括各種熱塑性塑料基體,大大拓寬了基體材料的選擇范圍,可以制備出不同使用要求的系列產品。

1.4 保溫氈

市場上保溫材料制品很多,分為低溫保溫制品和高溫保溫制品。而在高溫環境下的保溫材料制品又分為無機類保溫材料(如巖棉、硅酸鋁、氧化鋁及氧化鋯等)和碳質保溫材料(如泡沫炭、纖維碳等)。無機類纖維保溫材料的使用溫度一般在1000℃-1400℃之間,少數產品能在1800℃下使用。碳質保溫材料可以在1000~3000℃真空或惰性氣體保護條件下應用。在2000℃以上高溫環境下只能使用碳質保溫材料。

碳質保溫制品通常包括碳纖維軟氈(針刺氈)、碳纖維硬氈和泡沫炭。其中碳纖維硬氈性能最優,主要特點為:自支撐性,可以加工成各種形狀,安裝、拆卸非常方便;抗氧化、抗氣流沖刷,使用壽命長等。但價格較高,主要應用于高端真空爐上,如單晶硅拉伸爐、多晶硅鑄錠爐等,但隨著制造成本的逐步降低,在低端爐上的廣泛應用是必然趨勢。

用于制造硬氈的碳纖維主要包括PAN基碳纖維、黏膠基碳纖維和通用級瀝青基碳纖維,其中通用級瀝青基碳纖維碳含量更高,導熱系數及熱容量更低,同時價格低廉,這些特點更適合制造碳質保溫氈產品。


標簽:技術中心瀝青混凝土
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