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              碳纖維的分類:PAN碳纖維

              碳纖維的分類:PAN碳纖維

              • 分類:化工
              • 作者:邱柏恩 吳政倫
              • 來源:南臺科技大學化學工程與材料工程系
              • 發布時間:2015-09-01 15:15
              • 訪問量:

              【概要描述】全世界之碳纖維約85%來自PAN系,而15%來自于瀝青系及嫘縈系,在生產高強度纖維時,其母材主要來自于PAN系,而生產高模數碳纖維時則以瀝青系為主。按原材料可分為:聚丙烯腈(PAN)碳纖維、瀝青(Pitch)碳纖維和嫘縈Rayon人造絲碳纖維。目前結構材料中大多數使用PAN碳纖維

              碳纖維的分類:PAN碳纖維

              【概要描述】全世界之碳纖維約85%來自PAN系,而15%來自于瀝青系及嫘縈系,在生產高強度纖維時,其母材主要來自于PAN系,而生產高模數碳纖維時則以瀝青系為主。按原材料可分為:聚丙烯腈(PAN)碳纖維、瀝青(Pitch)碳纖維和嫘縈Rayon人造絲碳纖維。目前結構材料中大多數使用PAN碳纖維

              • 分類:化工
              • 作者:邱柏恩 吳政倫
              • 來源:南臺科技大學化學工程與材料工程系
              • 發布時間:2015-09-01 15:15
              • 訪問量:
              詳情

                全世界之碳纖維約85%來自PAN系,而15%來自于瀝青系及嫘縈系,在生產高強度纖維時,其母材主要來自于PAN系,而生產高模數碳纖維時則以瀝青系為主。按原材料可分為:聚丙烯腈(PAN)碳纖維、瀝青(Pitch)碳纖維和嫘縈Rayon人造絲碳纖維。目前結構材料中大多數使用PAN碳纖維。
                碳纖維:碳纖維之發展即以聚丙烯腈PAN、瀝青Pitch及嫘縈Rayon等為發展碳纖維之三大母材(precursor)。用來制造碳纖維之母材,發展至今不下百種,但在制程之難易、成本、含碳量等考慮下,真正能符合實用者亦僅聚丙烯腈,瀝青與嫘縈三種而已。
                PAN碳纖維及其復合材料具有以下特征。
               ?。?)與金屬相比,密度小,質輕
               ?。?)模量高,高剛性
               ?。?)強度高
               ?。?)疲勞強度高
               ?。?)耐磨耗性、潤滑性優良
               ?。?)振動衰減性優良
               ?。?)熱膨脹系數小,尺寸穩定性好
               ?。?)具有導熱性
               ?。?)在惰性氣體中耐熱性優良
               ?。?0)具有導電性
               ?。?1)具有電磁波屏蔽性
               ?。?2)X射線透過性優良
               ?。?3)屬多種導性材料,針對其目的可設計出適當的結構體。
                碳纖維的發展現況和應用
                全世界之碳纖維約85%來自PAN系,而15%來自于瀝青系及嫘縈系,在生產高強度纖維時,其母材主要來自于PAN系,而生產高模數碳纖維時則以瀝青系為主。
                因此,像高分子的碳纖維(Carbon Fiber)可作用為釣魚桿、高爾夫球頭、自行車車架、自行車零件或用于飛航器材。如高分子克拉纖維材料,如用作防彈衣的Kevlar克拉纖維;又有如金屬纖維材料,如電磁屏蔽用的不銹鋼纖維;又有如陶瓷纖維材料,用于電子信息之光纖。這些高科技又精密的尖端纖維材料,經過高層次的加工,作成二次元或三次元結構的纖維復合材料,就能造就更多更重要的領域與用途。應用如在:交通運輸方面、醫用材料方面、建筑營造、及運動休閑、航空太空方面等。這些用途藉由高分子纖維復合材料創造了人們的新生活領域、開拓了新的視野、帶來了生活的方便性?;緛碚f高分子纖維復合材料運用之廣泛在您我日常生活當中已經變為不可或缺。
                碳纖維之經濟效益
                碳纖維生產之發源地在日本,故早期日本為碳纖維生產之主要國家,其產量占全世界60%以上,相反地美國為碳纖維主要之消費國,美國因應本國在軍事及太空應用之大量需求,許多大公司亦相繼投入生產行列,目前由于碳纖維在各行各業之需要,全世界許多國家皆競相投資或擴充產能。中華民國臺灣塑
                膠公司在1986年自美國Hitco公司買得碳纖維生產技術,由自己公司生產之PAN纖維束燒成碳纖維,提供國內生產球拍、釣魚桿及CFRP產品之用。這些
                生產碳纖維之公司有的因應市場需要而擴充產能,或合并其它公司,有的公司因經營不善而宣布停產。國際間之經濟狀況及市場變化萬千,有幸存留下來的
                ,或繼續經營者,莫不提高碳纖維質量,尤其是向高強度高模數碳纖維為生產之目標。
                PAN系碳纖維之制造加工方法
                聚丙烯腈是制造碳纖維的主要原料,全世界生產碳纖維有百分之八、九十來自于聚丙烯腈,故聚丙烯腈之制造、抽絲及后續燒結過程-環化、碳化及石墨化等相當重要。
                ● 聚丙烯腈母材纖維之穩定化:
                將聚丙烯腈母材纖維燒成高強度之碳纖維,中間過程必須經過一個重要的步驟即穩定化(stabilization)。
                ◎穩定化過程主要有三種反應:
               ?。?)環化反應(Cyclization)
               ?。?)脫氫反應(Dehydrogenation)
               ?。?)氧化反應
                ● 聚丙烯腈母材纖維之碳化:
                聚丙烯腈纖維在碳化過程中,已穩定化母材纖維碳纖維,其熱處理系在鈍氣及很小張力,溫度高至1500℃之下進行的。在這熱處理過程中所有的元素,除了碳元素外,幾乎以副產物之形式被消去而形成像石墨之結構。
                ● 聚丙烯腈母材纖維之石墨化:
                聚丙烯腈纖維經碳化反應后已具有小微晶之結構,增加微晶之尺寸使得碳纖維結晶更完整,但微晶之規則排列則需藉助于纖維在1500℃以上之熱處理。此熱處理過程系在張力鈍氣下加熱碳纖維,溫度控制在2000-2500℃,甚至高至3000℃。當碳纖維溫度在1800-3000℃時,利用電流經過碳纖維來提高結晶完美性。

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