【技術干貨】一文了解PAN基碳纖維的制備工藝、關鍵性能及生產過程質量控制 zund XL-1200-Adhesive foil台中雷射切割雕刻代工－鄧仲美焦點新聞熱搜

碳纖維是如何制造的？

PAN基碳纖維主要制備流程如下圖所示，PAN原絲經過預氧化、低溫碳化、高溫碳化以及後處理工藝後，經卷繞加工得到PAN基碳纖維，若要制備高模量碳纖維則需要在高溫碳化處理後增加石墨化爐。

碳纖維生產過程主要控制指標有哪些？

下表以日本東麗T300碳纖維為例，纖維主要測試指標包括：拉伸強度、拉伸模量、線密度、上漿率、體密度等，此外復合材料ILSS也是一項關鍵指標。

除了上述主要力學性能之外，實驗室還測量以下內部使用的屬性：

并絲情況：該測試用于確定24K樣本中有多少根單絲粘在一起，高并絲數量可能是拉伸強度低的原因之一。

體密度：氧化過程、低溫碳化和高溫碳化處理後的纖維密度變化，主要用于評估工藝條件的有效性。

線軸硬度：測量線軸的硬度主要是為了確保線軸不會纏繞得太緊或太軟，這可能會在進一步加工纖維時引起問題。

熱氧化穩定性：主要用于明確高溫下碳纖維在空氣中的重量損失。

纖維表面官能團：確定纖維表面上的含氧化學基團的數量。

除了纖維的力學性能測試以外，還應定期測試纖維制備過程中的張力以及表面處理和上漿槽的濃度，結合良好的前驅體纖維和工藝控制，可以確保產品質量的穩定。

影響碳纖維主要性能的因素有哪些？

3.1 拉伸強度

如果拉伸強度低，應注意檢查并調整以下參數：

主要因素：前驅體纖維質量（更換前驅體原絲）、氮氣質量（檢查水分和氧氣含量）、高溫爐（檢查溫度）等

次要因素：氧化（檢查氧化後的纖維密度）、低溫碳化爐（檢查溫度曲線并清除焦油）、表面處理（檢查氧化處理電流）、整個過程中拉伸和收縮(檢查滾筒速度）等

3.2 拉伸模量

在拉伸模量低或高的情況下，應檢查并校正以下設備參數：

主要因素：高溫碳化爐溫度（降低終端溫度可以降低纖維模量），整個碳化過程中的牽伸(檢查滾筒速度）等

3.3 線密度

在線密度低或高的情況下，應檢查并調整以下設備參數：

主要因素：前驅體纖維的線密度、張力架的速度

次要因素：氧化（檢查氧化後纖維密度）、低溫碳化爐（檢查溫度曲線并清除焦油）、高溫碳化爐（檢查溫度和纖維模量）

3.4 上漿

在低或高上漿水平的情況下，應檢查并糾正以下設備參數：

主要影響：上漿槽內漿液濃度（降低濃度以降低上漿率）

次要影響：上漿槽溫度（高溫會導致較低的上漿率）、上漿槽中的張力等

3.5 碳纖維密度

碳纖維密度如果保持在給定的范圍內，則不須進行調整，因為這可能會影響其他更關鍵的性能，如拉伸強度和模量

3.6 層間剪切強度（ILSS）

如果ILSS較低，應檢查并調整以下工藝參數：

主要影響：檢查表面處理過程中的程度（如果過低，ILSS會降低）、高溫碳化爐溫度（過高的溫度會降低ILSS）

次要影響：表面處理槽溫度，極端的熱或冷會影響ILSS

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