前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇聚丙烯腈纖維范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

聚丙烯腈纖維范文第1篇

關(guān)鍵詞：聚丙烯腈纖維；混凝土；橋梁伸縮縫；應(yīng)用

中圖分類號：TU37 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

在工程界中已經(jīng)逐漸認識到聚丙烯腈纖維在混凝土中的重要作用。它具備的優(yōu)勢對建筑工程都起到了積極的促進作用，因此，我們可以對聚丙烯腈纖維混凝土在橋梁伸縮縫中的應(yīng)用加以分析，以此來能夠更進一步利用聚丙烯腈纖維的優(yōu)勢。

聚丙烯腈纖維的特性

聚丙烯腈纖維又被稱為腈綸纖維，聚丙烯腈纖維具備著高強度的抗拉性、抗紫外性、耐高溫性以及嚴寒性。作為加強水泥混凝土和瀝青混凝土的材料，聚丙烯腈纖維對于混凝土的抗拉性、抗疲勞性和抗彎拉性都有很大的提高作用，而且對于混凝土早期的抗裂性有著很大的改善作用。。聚丙烯腈纖維的參數(shù)主要有：

橋梁伸縮縫中的問題

橋梁中的重要結(jié)構(gòu)物就是伸縮縫。在受到復(fù)雜應(yīng)力的作用下，錨定伸縮縫的混凝土通常都會出現(xiàn)啃邊、掉腳、凹坑、破裂、錨固松動等現(xiàn)象。這就需要建設(shè)者要提高橋梁以及伸縮混凝土的強度，同時也需要它們具備足夠的抗沖擊性能、抗?jié)B性能、耐凍融性能以及抗疲勞性能等等。

設(shè)計工程

1、工程項目：我們可以以某大橋為例，在橋梁伸縮縫中統(tǒng)一采用120性齒板伸縮縫，過渡段的混凝土為C40聚丙烯腈纖維砼。相關(guān)的試驗人員為了提高砼的耐久性，保證工程質(zhì)量，因此，對聚丙烯腈纖維在砼中的應(yīng)用展開了試驗工作。

2、試驗材料：

水泥：采用中國水泥廠有效公司生產(chǎn)的42.5級普通的硅酸鹽水泥；

細骨料：采用細度模數(shù)是2.6的中砂，含泥量是1.2%的細骨料；

粗集料：采用規(guī)格為5毫米到25毫米，含砂量為0.2%；

外加劑：采用重慶福云外加劑有限公司生產(chǎn)的FW-3A高效減水劑；

水：自來水。

3、配合比設(shè)計

配置強度：49.77MPa；

砼水灰比：0.38；

每立方米用水量是160千克；

每立方米砼消耗水泥量是421千克；

砂率：選用集料最大的是25毫米，水灰比是0.38。選擇混凝土含砂率是40%。

粗、細骨料：每立方米分別是1091千克和728千克

基準(zhǔn)配合比確定

我們可以以30天為試驗期，水灰比分別增添或者是降低5%進行對比試驗，使用三組，最終可以確定每立方米砼的各種材料用量是：

從上表中我們可以看出在選擇水灰比是0.38時，每立方米所消耗的水泥是421千克，每立方米消耗砂是728；石子消耗量每立方米是1091千克，含水量是每立方米160千克，需要添加外加劑每立方米是9.5千克，總共容量是2409千克，30天后的抗壓強度是51.6MPa。

設(shè)計摻入聚丙烯腈纖維配合比

1、設(shè)計砼強度等級為40級后，砼拌和物坍的落度應(yīng)該是75毫米到115毫米，含砂率最好應(yīng)該是在36%到46%。

2、選用纖維長度是9毫米，斷裂的長度是729MPa，斷裂的伸長率是15%，纖維的密度是每立方米是1.2%，彈性模量是10561MPa。水泥量、含砂量、碎石、外加劑如上面我們所說。

3、我們從上一個表中可以知道每立方米水泥、砂、石子、水、外加劑分別是421、728、1091、160、9.5千克，每立方米摻進聚丙烯腈纖維最適合的是每立方米添加1.6千克，我們可以做3組試驗，根據(jù)30天試驗期，石灰比增添或者降低2%，以此來選擇優(yōu)秀的方案。

第一組：當(dāng)石灰比是0.38時，每立方米水泥含量是421千克，含砂量是728千克，含石量是1091千克，含水量是160千克，外加劑是9.5千克，纖維是1.6千克，30天后的抗壓強度是53.2MPa；

第二組：當(dāng)石灰比是0.40時，每立方米水泥含量是405千克，含砂量是744千克，含石量是1101千克，含水量是160千克，外加劑是9.1千克，纖維是1.6千克，30天后的抗壓強度是52.2MPa；

第三組：當(dāng)石灰比是0.42時，每立方米水泥含量是409千克，含砂量是750千克，含石量是1091千克，含水量是160千克，外加劑是8.8千克，纖維是1.6千克，30天后的抗壓強度是52MPa。

根據(jù)反復(fù)的試驗后，仔細觀察砼拌和以及其抗壓強度，發(fā)現(xiàn)其比普通的砼的效果看起來要好的很多，并且坍落度是110毫米。我們可以將第一個未添加纖維同添加纖維進行對比，會發(fā)現(xiàn)當(dāng)，石灰比都是0.38時，水泥含量、含砂量、碎石容量、含水量在相同時，未添加纖維的強度低于添加纖維砼的強度。未添加纖維的強度是51.6MPa，添加纖維的強度是53.2MPa。

砼在添加聚丙烯腈纖維后的使用效果

1、在經(jīng)過對某大橋進行砼施工試驗后，可以看出在減價聚丙烯腈后，砼拌以及物的和易性、流動性、密實性還有耐久性都進一步得到了改善，并且在經(jīng)過溫度變化后，混凝土容易出現(xiàn)的斷裂也得到了改善。在混凝土的內(nèi)部，纖維均勻分布在其中，當(dāng)混凝土要出現(xiàn)裂縫時受到了纖維的阻礙，因此需要消耗一定的能量，然后使得裂縫很難發(fā)展。

2、聚丙烯腈纖維砼對于早期產(chǎn)生的發(fā)展的干縮裂紋有著很好的抑制作用，尤其是在產(chǎn)生連通裂縫上起到了有效的控制，在混凝土內(nèi)部中均勻分布的大量的纖維在面對混凝土表面上的離析的骨料時有著很好的控制作用，從而在最大程度上降低了混凝土中的孔隙含量，提高了混凝土的抗?jié)B能力。

3、聚丙烯腈纖維砼在添加纖維和水泥進行凝固后，阻礙了裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高了混凝土的韌性，另一方面，對混凝土的泌水性也得到了很大的改善作用。纖維在和水泥基料緊密的結(jié)合在一起后，使得水泥中的水分能夠更加徹底的得到反應(yīng)，減少了骨料的離析，從而能夠均勻的配給，混凝土的整體強度得到了有效的保持，阻擋了混凝土中裂縫的發(fā)展，提高了混凝土的抗沖擊能力。

五、施工應(yīng)該注意事項

1、雖然聚丙烯腈纖維綜合性的指標(biāo)高于普通砼，但是并不能將纖維當(dāng)作“增強筋”來承受負荷，不能改變工程的原有結(jié)構(gòu)設(shè)計；

2、聚丙烯腈纖維的坍落度要控制在70毫米到110毫米之間，同時也要根據(jù)天氣的變化、風(fēng)速以及運距長短進行適合的調(diào)整，從而提高混凝土的施工質(zhì)量。如果工程真的需要提高坍落度時，要加大其減水劑的用量，但是不能單獨的加大用水量。

3、必須要嚴格按照工程施工規(guī)范對聚丙烯腈纖維進行養(yǎng)護，以此來發(fā)揮其最大的作用。

總結(jié)

聚丙烯腈纖維作為混凝土的次要加筋材料，它的作用是非常明顯的，可以提高混凝土的韌性、抗沖擊性能抗?jié)B性、抗凍性以及耐久性等，并且可以阻止出現(xiàn)裂縫的情況。因此在橋梁伸縮縫中要充分發(fā)揮聚丙烯腈纖維混凝土的應(yīng)用，發(fā)揮其最大的作用。

參考文獻：

[1]王黎明，唐維中，郭浩.聚丙烯纖維混凝土在橋面連續(xù)及伸縮縫中的應(yīng)用[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2003,31(01):56-58.

聚丙烯腈纖維范文第2篇

聚丙烯腈基碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,在航空、航天、建筑、體育、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文簡要介紹了國內(nèi)外PAN基碳纖維的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀,PAN基碳纖維的制備、結(jié)構(gòu)、性能及碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域,詳細介紹了PAN基碳纖維相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及檢測,并對未來發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞:碳纖維;聚丙烯腈;標(biāo)準(zhǔn)

Abstract: PAN-based Carbon fiber is a new material with exceptional mechanical property. It has been extensively applied in aviation, space flight, construct, sports, automobile, medical treatment, etc. fields. A brief review of the evolution and current situation of the PAN-based Carbon fiber at home and abroad were included. Furthermore, the preparation, structure, performance and the application area of the PAN-based Carbon fiber were also introduced. Interrelated standards and test methods were specifically expressed. The development in the future was prospected.

Key words: Carbon Fiber;Polyacrylonitrile;Standard

碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它不僅具有碳材料的固有特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為23000Mpa~43000Mpa,亦高于鋼。材料的比強度愈高,則構(gòu)件自重愈小;比模量愈高,則構(gòu)件的剛度愈大,從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

碳纖維是一種以聚丙烯腈(PAN)、瀝青、粘膠纖維等為原料,經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化工藝而制得的含碳量大于90%的特種纖維。碳纖維具有高強度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、減震等優(yōu)異性能,是航空航天、國防軍事工業(yè)不可缺少的工程材料,同時在體育用品、交通運輸、醫(yī)療器械和土木建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品綜合性能好,因而發(fā)展很快,產(chǎn)量占到90%以上,成為最主要的品種。

1國內(nèi)外聚丙烯腈基碳纖維的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國外發(fā)展現(xiàn)狀

1959年,媒體報道了日本的進藤昭南由聚丙烯腈長絲經(jīng)預(yù)氧化、碳化而制成性能優(yōu)良的碳纖維工藝專利,由于該工藝簡單,產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)良,因此發(fā)展較快,開創(chuàng)了碳纖維的新時代。

世界上聚丙烯腈基碳纖維的生產(chǎn),現(xiàn)在已分化為以美國為代表的大絲束碳纖維和以日本為代表的小絲束兩大類。日本和美國所產(chǎn)的碳纖維約占全球總供應(yīng)量的80%[1]。日本三家以腈綸纖維為主要產(chǎn)品的公司(東麗Toray、東邦Toho及三菱人造絲公司Mitsubishi)依靠其先進紡絲科學(xué)技術(shù),形成高性能原絲生產(chǎn)的優(yōu)勢,大量生產(chǎn)高性能碳纖維,使日本成為碳纖維大國,無論質(zhì)量還是數(shù)量均處于世界前三位,占據(jù)了世界78%左右的產(chǎn)量。日本Toray公司是世界上最大的PAN基碳纖維廠商,2003年生產(chǎn)能力為7350t/a,其中在日本國內(nèi)生產(chǎn)能力4700t/a,在美國擁有產(chǎn)能1800t/a,另外在法國與Atofia合資的Soficar產(chǎn)能為850t/a。公司以生產(chǎn)小絲束PAN基碳纖維為主,在日本國內(nèi)大絲束PAN基碳纖維的產(chǎn)能僅為300t/a。東邦人造絲是第二大碳纖維生產(chǎn)商,其碳纖維的生產(chǎn)能力為5800t/a,全是小絲束品種。三菱人造絲在日本國內(nèi)產(chǎn)能為2700t/a,在海外美國Grafil的產(chǎn)能為700t/a,2001年三菱人造絲率先將設(shè)備投資增加27.5%,達到190億元,將本國的產(chǎn)能提高500t/a,再將美國子公司Grafil的產(chǎn)能增加800t/a,這樣兩地的總產(chǎn)能達到4700t/a。世界主要PAN基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能見表1[2]。

國外PAN基碳纖維的主要消費地是美國、西歐地區(qū)和日本。2002年上述國家和地區(qū)共消費PAN基碳纖維約12000t,其中美國消費量4600t,西歐地區(qū)消費量為5200t(一般工業(yè)應(yīng)用2800t,航空航天1710t,體育器材690t),日本消費量約2200t。在2006～2011年,世界的碳纖維平均年需求增長率約為11.7%,高于平均年增長率的是西歐及亞洲的一些國家,世界碳纖維消費量見表2[3]。

1.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國對碳纖維的研究開始于20世紀60年代,幾乎與世界同步開始碳纖維研究工作。80年代開始研究高強型碳纖維,多年來進展緩慢,但也取得了一定成績。已經(jīng)研制出接近日本東麗公司T-300水平的碳纖維產(chǎn)品,但產(chǎn)量和品質(zhì)都遠不能滿足國內(nèi)需要,與國外相比差距甚大,國內(nèi)PAN基碳纖維總生產(chǎn)能力僅600t/a左右(包括正在籌建廠),實際生產(chǎn)量約僅為30~40t/a。進入21世紀以來發(fā)展較快,安徽華皖碳纖維公司率先引進了500t/a原絲、200t/aPAN基碳纖維(只有東麗碳纖維T-300水平),使我國碳纖維工業(yè)進入了產(chǎn)業(yè)化。隨后,一些廠家相繼加入碳纖維生產(chǎn)行列。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前,我國已有12家生產(chǎn)規(guī)模大小不一(5～800t/a)的PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家,合計生產(chǎn)能力為1310t/a。值得一提的是我國臺灣地區(qū)的臺塑集團,在20世紀80年代中期從美國Hitco公司引進百噸級碳纖維生產(chǎn)線,經(jīng)消化、吸收和配套后得到迅速發(fā)展,臺塑產(chǎn)量增加很快,但碳纖維質(zhì)量的提高幅度并不大。

我國一些研究單位和高校都投入相當(dāng)力量進行研究,并根據(jù)實驗室研究成果建立一些中試裝置;也嘗試從國外引進專利技術(shù)與小規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備,我國碳纖維現(xiàn)在仍處于艱難起步階段,碳纖維的研制生產(chǎn)發(fā)展較慢,與國際先進水平相比,國產(chǎn)碳纖維突出問題是強度低、均勻性差、穩(wěn)定性差、毛絲多、實際生產(chǎn)量低,其根本的原因是我國的原絲質(zhì)量不過關(guān)[4-5],影響了我國碳纖維的發(fā)展。解決碳纖維用聚丙烯腈原絲生產(chǎn)這一技術(shù)關(guān)鍵,不能依賴技術(shù)引進,而應(yīng)集中力量,匯集國內(nèi)從事與此領(lǐng)域有關(guān)各方人力,選擇國內(nèi)經(jīng)濟實力和客觀條件較好企業(yè)作為實施基地,進行高起點技術(shù)攻關(guān)。目前我國碳纖維90%以上依賴進口,極大地制約了我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2PAN基碳纖維的制備、結(jié)構(gòu)、性能

2.1PAN基碳纖維的制備

聚丙烯腈基碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維,主要做復(fù)合材料用增強體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產(chǎn)率,工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是:雜質(zhì)、缺陷少;細度均勻,并越細越好;強度高,毛絲少;纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好,通常大于80%;熱轉(zhuǎn)化性能好。

生產(chǎn)中制取聚丙烯腈纖維的過程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體(丙烯酸甲醋、甲叉丁二酯等)共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂(分子量高于 6～8萬),然后樹脂經(jīng)溶劑(硫氰酸鈉、二甲基亞礬、硝酸和氯化鋅等)溶解,形成粘度適宜的紡絲液,經(jīng)濕法、干法或干-濕法進行紡絲,再經(jīng)水洗、牽伸、干燥和熱定型即制成聚丙烯腈纖維。若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化,不能保持其原來的纖維狀態(tài)。因此,制備碳纖維時,首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進行低溫?zé)崽幚?即預(yù)氧化處理[6]。預(yù)氧化處理是纖維碳化的預(yù)備階段。一般將纖維在空氣下加熱至約270℃,保溫0.5h～3h,聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色,最后形成黑色的預(yù)氧化纖維。這是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化后,發(fā)生氧化、熱解、交聯(lián)、環(huán)化等一系列化學(xué)反應(yīng)形成耐熱梯形高分子的結(jié)果。再將預(yù)氧化纖維在氮氣中進行高溫處理(l600℃),即碳化處理,則纖維進一步產(chǎn)生交聯(lián)環(huán)化、芳構(gòu)化及縮聚等反應(yīng),并脫除氫、氮、氧原子,最后形成二維碳環(huán)平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和層片粗糙平行的亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。

由PAN原絲制備碳纖維的工藝流程如下:PAN原絲預(yù)氧化碳化石墨化表面處理卷取碳纖維。

2.2結(jié)構(gòu)

碳纖維是由片狀石墨微晶沿纖維軸向方向堆砌而成的所謂“亂層”結(jié)構(gòu),通常也把碳纖維的結(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)晶和孔洞組成,其中孔洞的含量、大小和分布對碳纖維的性能影響較大[7]。碳纖維各層面間的間距約為3.39～3.42Å,各平行層面間的各個碳原子,排列不如石墨那樣規(guī)整,層與層之間借范德華力連接在一起。

2.3性能特征

碳纖維的化學(xué)性能與碳十分相似,在空氣中當(dāng)溫度高于400℃時即發(fā)生明顯的氧化,氧化產(chǎn)物CO2、CO在纖維表面散失,所以其在空氣中的使用溫度不能太高,一般在360℃以下。但在隔絕氧的情況下,使用溫度可大大提高到1500℃～2000℃,而且溫度越高,纖維強度越大。碳纖維的徑向強度不如軸向強度,因而碳纖維忌徑向強力(即不能打結(jié))[8]。

碳纖維有通用型(GP)、高強型(HT)、高模型(HM)、高強高模(HP)等多種規(guī)格,其性能指標(biāo)見表3。

碳纖維有如下的優(yōu)良特性:① 比重輕、密度小;② 超高強力與模量;③ 纖維細而柔軟;④ 耐磨、耐疲勞、減震吸能等物理機械性能優(yōu)異;⑤ 耐酸、堿和鹽腐蝕,可形成多孔、表面活性、吸附性強的活性炭纖維;⑥ 熱膨脹系數(shù)小,導(dǎo)熱率高,不出現(xiàn)蓄能和過熱;高溫下尺寸穩(wěn)定性好,不燃,熱分解溫度800℃,極限氧指數(shù)55;⑦ 導(dǎo)電性、X射線透過性及電磁波遮蔽性良好;⑧ 具有性,不沾潤在熔融金屬中,可使其復(fù)合材料磨損率降低;⑨ 生物相容性好,生理適應(yīng)性強。

碳纖維力學(xué)性能主要是抗張強度、彈性模量和斷裂伸長等3個參數(shù),變異系數(shù)即CV值= 標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值×100(%) ,碳纖維的CV值是設(shè)計構(gòu)建的一項重要指標(biāo),如果碳纖維的CV值較小,涉及碳纖維拉伸強度等利用率高,可充分發(fā)揮其增強效果。在使用碳纖維時,大多制造成復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)件。對于同一性能的結(jié)構(gòu)件,碳纖維的CV值越小,用量少,增強效果好;如果CV值較大,用量較多,構(gòu)件笨重,增強效果差。表4為民用碳纖維的力學(xué)性能[9]。

由表4可看出,所生產(chǎn)的碳纖維具有較高的強度和模量,而伸長率較低,表明該材料具有較大的剛性;同時材料的拉伸強度和彈性模量的CV值都較低,表明材料的均一性較好。

3PAN基碳纖維的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料是為滿足航天、航空等軍事部門的需要而發(fā)展起來的新型材料,但因一般工業(yè)部門對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求不及上述部門嚴格,故開發(fā)應(yīng)用的周期較短,推廣應(yīng)用得很快,被廣泛應(yīng)用于各種民用工業(yè)領(lǐng)域。碳纖維除用于高溫絕熱材料及除電刷子之外,一般并不單獨使用,常加入到樹脂(以環(huán)氧、酚醛為主)、金屬或陶瓷、碳、水泥等基體中,構(gòu)成碳纖維增強復(fù)合材料,是一種極為有用的結(jié)構(gòu)材料。它不僅質(zhì)輕、耐高溫,而且有很高的抗拉強度和彈性模量。

3.1航空航天

碳纖維復(fù)合材料具有高比強度、高比剛度(比模量)、耐高溫、可設(shè)計性強等一系列獨特優(yōu)點,是導(dǎo)彈、運載火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、雷達[10]等結(jié)構(gòu)上不可或缺的戰(zhàn)略材料。航空則以客機、直升機、軍用機為主要應(yīng)用對象。

3.2文體和醫(yī)療用品

文體休閑用品是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域,高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是三大支柱產(chǎn)品,其次是自行車、賽車、賽艇、弓箭、滑雪板、撐桿和樂器外殼等。醫(yī)療領(lǐng)域包括醫(yī)學(xué)上用的移植物、縫合線、假肢、人造骨骼、韌帶、關(guān)節(jié)以及X光透視機等。

3.3一般工業(yè)

碳纖維復(fù)合材料在汽車工業(yè)用于汽車骨架、活塞、傳動軸、剎車裝置等;在能源領(lǐng)域應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電葉片、新型儲能電池、壓縮天然氣貯罐、采油平臺等;碳纖維因其質(zhì)輕高強和極好的導(dǎo)電性及非磁性而在電子工業(yè)中用于制備電子儀器儀表、衛(wèi)星天線[11]、雷達等;碳纖維增強材料(CFRC)與鋼筋混凝土相比,抗張強度與抗彎強度高5到10倍,彎曲韌度和伸長應(yīng)變能力高20~30倍,重量卻只有l(wèi)/2,已被廣泛應(yīng)用于房屋、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的混凝土結(jié)構(gòu)增強工程中[12-13]。

4PAN基碳纖維相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

目前,我國針對碳纖維的性能及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用,制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)行碳纖維相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有:

GB/T 3362―2005碳纖維復(fù)絲拉伸性能試驗方法,適用于1K～12K碳纖維復(fù)絲浸膠后測定其拉伸強度、拉伸彈性模量和斷裂伸長率。

GB 3362―1982碳纖維復(fù)絲纖維根數(shù)檢驗方法(顯微鏡法),是適用于測定碳纖維復(fù)絲中的纖維根數(shù)。

GB 3364―1982碳纖維直徑和當(dāng)量直徑檢驗方法(顯微鏡法),適用于測定圓形截面碳纖維的直徑和異形截面碳纖維的當(dāng)量直徑。GB 3365―1982碳纖維增強塑料孔隙含量檢驗方法(顯微鏡法)用于測定單向、正交及多向鋪層的碳纖維增強塑料的孔隙含量。

GB/T 3355―2005碳纖維增強塑料樹脂含量試驗方法,適用于硫酸在一定條件下能使樹脂基體完全分解又不過分地腐蝕纖維的碳纖維增強塑料。

GB 3366―1996碳纖維增強塑料纖維體積含量試驗方法,適用于測定單向、正交及多向鋪層的碳纖維增強塑料的纖維體積含量。

QJ 3074―1998碳纖維及其復(fù)合材料電阻率測試方法,適用于航天產(chǎn)品用碳纖維及碳纖維復(fù)合材料電阻率的測試。

目前,碳纖維產(chǎn)業(yè)正處于上升期,隨著碳纖維工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進步,我國碳纖維的產(chǎn)量會增加,質(zhì)量會提高,品種也會有所增多,碳纖維性能也必將進一步提高,工業(yè)要求也將越來越高,為確保材料、產(chǎn)品、過程能夠符合需要,也必須制定更新、更跟得上時代要求的標(biāo)準(zhǔn)。

5展望

人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進入到一個復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。碳纖維產(chǎn)業(yè)在發(fā)達國家支柱產(chǎn)業(yè)升級乃至國民經(jīng)濟整體素質(zhì)的提高方面正在發(fā)揮越來越重要的作用,對我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和許多傳統(tǒng)材料的更新?lián)Q代有重要意義。碳纖維是一種重要的高技術(shù)材料,不但事關(guān)國防建設(shè),民用市場也前景廣闊。但我國研究了幾十年,由于這樣那樣的原因,一直沒有搞上去,關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)突不破,性能上不去,成本下不來,碳纖維及其制品難以產(chǎn)業(yè)化,從而大大制約了我國相關(guān)高新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展[14]。要正確、科學(xué)、實事求是地總結(jié)過去,在總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,注重將基礎(chǔ)性研究成果或者單元研究結(jié)果及時應(yīng)用到中試線和工業(yè)生產(chǎn)線上,尋找一條切合國情的健康發(fā)展之路,實現(xiàn)我國高性能PAN基碳纖維的跨越式發(fā)展。

參考文獻:

[1] 張子鵬.國內(nèi)外聚丙烯腈基碳纖維市場分析[J].化工技術(shù)經(jīng)濟,2005,23(2)24-27.

[2] 張躍,陳英斌,等.聚丙烯腈基碳纖維的研究進展[J].纖維復(fù)合材料,2009,3(1)7-10.

[3] 侯陪民.我國高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[J].合成纖維工業(yè),2009,32(1):40-43.

[4] 賀福,趙建國,王潤娥,等.碳纖維開發(fā)與碳纖維原絲質(zhì)量[ J ].新型碳材料, 1998, 13 (1) : 64-74.

[5] 王成國,朱波,蔡華蘇.制約我國碳纖維工業(yè)發(fā)展的原因分析[J].化工技術(shù)經(jīng)濟, 2005, 23(4) : 12-15.

[6] Yu V Basova , Hatori H , Yamada Y, et al. Effect of oxidation - reduction surface treatment on the electrochemical behavior of PAN2based carbon fibers[J].Electrochemistry Communications , 1999 (1) : 540 -544.

[7] Kuniaki Honjo. Fracture toughness of PAN2based carbon fibers estimated from strength2mirror size relation [J]. Carbon, 2003 , 41 : 979 -984.

[8] 賀福, 王茂章.碳纖維及其復(fù)合材料[M].北京:科學(xué)出版社, 1995.

[9] 陳杰.吳永興.張振生,等.國內(nèi)碳纖維發(fā)展態(tài)勢分析[J].高科技纖維與應(yīng)用,2007,32(2):22-25.

[10] 彭天杰.復(fù)合材料在雷達反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用[J ] . 纖維復(fù)合材料,2008 ,25 (2) :18 - 19.

[11] 王建昌,安慶升,葉周軍,等.碳纖維復(fù)合材料衛(wèi)星天線的研制[J].纖維復(fù)合材料,2007 ,24 (1) :18-20.

[12] 邵勁松,劉偉慶.碳纖維在土木工程中的應(yīng)用[J ].玻璃鋼/復(fù)合材料,2005 (5) :41- 44.

[13] 涂曉佩,張保敏,李重情.碳纖維材料在橋梁加固中應(yīng)用的探索研究[J ] .纖維復(fù)合材料,2008 ,25 (1) :25 - 27.

聚丙烯腈纖維范文第3篇

1靜電紡絲原理

靜電紡絲的前驅(qū)體有聚合物溶液和高溫熔融聚合物。聚合物溶液是將聚合物溶于一種合適的溶劑，形成具有一定濃度、黏度、電導(dǎo)率的溶液，然后進行靜電紡絲制備納米纖維，表1列舉了一些用于靜電紡絲的聚合物種類;還有一部分高分子聚合物如聚乙烯、尼龍－12等，能在高溫熔融狀態(tài)下進行靜電紡絲，但需要在真空條件下進行。已有數(shù)十種高分子聚合物通過靜電紡絲過程成功制備成納米纖維。靜電紡絲過程中聚合物溶液的性質(zhì)、電紡參數(shù)以及環(huán)境因素都會對紡絲過程和產(chǎn)物形貌產(chǎn)生影響，調(diào)整好參數(shù)，才能得到均勻、連續(xù)的碳纖維。聚合物溶液性質(zhì)包括表面張力、電導(dǎo)率和黏度，聚合物的相對分子質(zhì)量、溶液濃度和溶劑種類以及添加劑對影響溶液的電導(dǎo)率、黏度等有很大影響，濃度越高，黏度越大，一般濃度要在一定的范圍內(nèi)紡絲才能順利，過低時纖維有串珠，或者只是液滴，過高時也不能形成纖維。Koshi等研究了不同重均相對分子質(zhì)量的聚乙烯醇對纖維結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)纖維直徑隨著聚合物相對分子質(zhì)量的增大而變大，Wang對熱固性酚醛樹脂/乙醇體系靜電紡絲研究表明，當(dāng)質(zhì)量分數(shù)低于35%時，黏度調(diào)節(jié)至15～30mPa•s時，可以紡出均勻連續(xù)的纖維。電紡參數(shù)包括溶液流速、施加電壓、接受距離，每個聚合物溶液體系都有合適的接受距離、電壓及流速范圍。環(huán)境因素包括溫度和濕度，靜電紡絲過程很容易受到溫度、濕度的影響，溫度和濕度影響溶劑揮發(fā)速度，濕度會對纖維形貌和孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

2電紡碳納米纖維的特性

靜電紡絲制備的納米纖維要經(jīng)過高溫碳化過程轉(zhuǎn)化成碳納米纖維，碳化過程通常在惰性氣氛保護下進行，使纖維發(fā)生氧化、交聯(lián)等反應(yīng)，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)向碳碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。聚丙烯腈、瀝青和酚醛纖維在碳化之前還要進行預(yù)氧化或穩(wěn)定化過程，使纖維中分子環(huán)化和脫氫，轉(zhuǎn)化為耐熱結(jié)構(gòu)。聚丙烯腈通常在空氣氣氛中280℃進行預(yù)氧化處理，然后在惰性氣氛中600～1100℃碳化處理。經(jīng)過穩(wěn)定化和碳化處理，纖維重量減小，直徑變小，有所收縮。

2.1碳納米纖維的孔結(jié)構(gòu)纖維碳化過程中由于纖維中前驅(qū)體的裂解和易揮發(fā)組分的揮發(fā)，在纖維中形成一些微孔(孔徑＜2nm)甚至中孔(2～50nm)，使碳化后的碳納米纖維比表面積變大，尤其是以酚醛樹脂為原料，所得到的碳納米纖維具有豐富孔結(jié)構(gòu)。王磊使用靜電紡絲制備的熱固性酚醛纖維氈，在600、800、1000、1200、1400℃碳化處理后發(fā)現(xiàn)碳收率從53.8%下降到50.5%，比表面積由600℃時的530m2/g上升到了1000℃時的838m2/g，隨后又迅速下降至1400℃時的8m2/g，碳化過程中隨著前驅(qū)體逐漸裂解形成越來越多的微孔，而溫度過高時碳原子重排消除微孔形成大孔(孔徑＞50nm)。為了增加比表面積和調(diào)整孔徑分布，常使用水蒸氣、CO2和KOH等試劑對碳納米纖維進行活化處理，以獲得不同比表面積和孔徑分布的活性碳納米纖維。在聚合物前驅(qū)體溶液中加入不同的添加劑，可以獲得不同孔徑分布和比表面積的碳纖維。Zhang等在聚丙烯腈前驅(qū)體溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，靜電紡絲制備出納米纖維，100℃水熱條件下除去聚乙烯吡咯烷酮，再1000℃碳化處理，聚乙烯吡咯烷酮的加入提高了聚丙烯腈碳纖維的比表面積和孔徑分布。在紡絲前驅(qū)體溶液中加入模板、表面活性劑或MgO前驅(qū)體進行紡絲，可以調(diào)節(jié)纖維的中孔分布。

2.2碳納米纖維的導(dǎo)電性在用作電極材料、催化劑負載材料等時需要靜電紡絲制備的碳納米纖維具備高導(dǎo)電性。碳化溫度較低時碳納米纖維大多是無序結(jié)構(gòu)，還包含很多非碳原子，高溫處理可以使碳納米纖維中非碳原子大大減少，同時提高碳納米纖維中的石墨化結(jié)構(gòu)，從而提高碳納米纖維的導(dǎo)電性;但會使碳納米纖維中的微孔、中孔減少。聚丙烯腈基碳納米纖維由于需要預(yù)氧化處理以保持碳化后的纖維形貌，而不容易獲得高度石墨化的碳納米纖維。在2800℃處理后電導(dǎo)率20S/cm，但石墨化程度仍較低。而聚酰亞胺碳納米纖維不需要預(yù)氧化處理，高溫處理后石墨化程度較高。在碳納米纖維上負載多壁碳納米管，可以提高碳納米纖維的導(dǎo)電性。Guo在聚丙烯腈靜電紡絲前驅(qū)體溶液中加入多壁碳納米管，制備出摻雜碳納米管的碳納米纖維，摻雜質(zhì)量分數(shù)8%時使碳納米纖維的導(dǎo)電性從0.86S/cm提高到5.32S/cm。

3電紡碳納米纖維的應(yīng)用

靜電紡絲制備的碳納米纖維具有高導(dǎo)電性、高比表面積等特點，使其在電極材料、吸附材料、催化劑載體等方面得到廣泛應(yīng)用。

3.1電容式脫鹽電極材料靜電紡絲制備的碳纖維布具有較大比表面積，優(yōu)異的導(dǎo)電性，柔韌性好，常用于電容式脫鹽裝置電極吸附材料。電容式脫鹽是利用類似于電容器的裝置去除水中離子的水處理技術(shù)，在用作電容式15脫鹽電極時，靜電紡絲碳纖維布不需要額外處理，可以直接使用。Wang通過靜電紡絲制備出聚丙烯腈納米纖維在800℃碳化、活化處理后，用作電容式脫鹽電極材料，對初始濃度60mg/L的氯化鈉溶液的電容式吸附量達到3.1mg/g，遠高于未活化的碳纖維。王磊使用靜電紡絲制備的酚醛碳纖維氈作為電容式脫鹽的電極材料，用以電吸附脫除水中初始濃度100mg/L的氯化鈉離子，電容式脫鹽量達到5.4mg/g。使用活化后的酚醛碳纖維，電容式脫鹽量達到7.6mg/g。Bai在聚丙烯腈前驅(qū)體溶液中加入氧化石墨烯，將靜電紡絲制備的纖維經(jīng)過預(yù)氧化、碳化、活化處理后，制備出含氧化石墨烯的碳納米纖維，氧化石墨烯的加入提高了纖維的中孔比率和導(dǎo)電性，用作電容式脫鹽電極材料時比未添加氧化石墨烯的碳納米纖維具有更高的吸附量。

3.2電容器電極材料多孔碳材料常用作電容器電極材料，商用的電容器一般使用活性碳材料。最新研究發(fā)現(xiàn)模板碳、碳納米管和碳納米纖維可用于提高電容器性能。靜電紡絲可以制備網(wǎng)狀碳納米纖維，通過控制納米纖維孔結(jié)構(gòu)、負載離子到納米碳纖維從而增加形成贗電容，提高電容器的性能。Iijima等通過靜電紡絲制備的聚丙烯腈基碳納米纖維，在700、750和800℃水蒸氣活化后，用作質(zhì)量分數(shù)30%KOH水溶液的電容器電極材料，700℃活化樣品比表面積達到1230m2/g，含有一些微孔，在10mA/g的低放電電流密度下容量達到173F/g，800℃活化樣品比表面積為850m2/g，含有一些中孔，在1000mA/g的高電流密度時電容達到120F/g。Ju等在聚丙烯腈溶液中摻入質(zhì)量分數(shù)15%的醋酸纖維素靜電紡絲制備的碳納米纖維微孔比表面積919m2/g，中孔比表面積241m2/g，在6mol/L的KOH水溶液中電流密度1mA/cm時電容達到245F/g;在PAN/DMF前驅(qū)體溶液中摻入多壁碳納米管靜電紡絲制備的碳納米纖維提高了電容器的性能，摻入質(zhì)量分數(shù)3%的多壁碳納米管使碳納米纖維比表面積提高到1170m2/g，電導(dǎo)率達到0.98S/cm，電容器電容值在6mol/L的KOH水溶液中達到180F/g。為了增加贗電容，在PAN/DMF溶液中添加乙酰丙酮釕進行靜電紡絲制備出負載釕離子的碳納米纖維，負載質(zhì)量分數(shù)7.31%釕的碳納米纖維在6mol/L的KOH中電容達到391F/g，而未負載釕的碳納米纖維電容僅為140F/g。Wang在聚丙烯腈前驅(qū)體溶液中加入碳納米管，制備出復(fù)合了碳納米管的的碳納米纖維，將制得的纖維浸入0.1mol/L的KMnO4溶液中超聲30min，制備出負載了MnO2的纖維，用作電容器電極時電容達到374F/g。

3.3鋰離子二次電池陽極材料靜電紡絲制備的碳納米纖維由于不需要添加導(dǎo)電添加劑和黏結(jié)劑，在用作鋰離子二次電池陽極材料方面有一定優(yōu)勢，但是由于大部分纖維石墨化程度低，不能像天然石墨一樣提供低的不可逆容量。Kim等將制備的PAN基碳納米纖維1000℃熱處理后，電流密度30mA/g時，可逆放電容量450mA•h/g，略微高于天然石墨，而不可逆容量高達500mA•h/g。Ji等在PAN/DMF溶液中加入聚乳酸制備的碳納米纖維，微孔孔容0.086cm3/g，在電流密度50mA/g，50次循環(huán)后可逆放電容量達到435mA•h/g。Ji等在PAN/DMF溶液中加入SiO2顆粒制備碳納米纖維，然后濾除SiO2造孔，比表面積只有92m2/g，但首次循環(huán)不可逆容量超過1000mA•h/g。在PAN/DMF溶液中加入質(zhì)量分數(shù)15%硅納米顆粒，靜電紡絲制備納米纖維在700℃碳化處理，首次循環(huán)可逆放電容量高達855mA•h/g，不可逆容量312mA•h/g，比不加硅納米顆粒的碳納米纖維高的多。Ji等在PAN/DMF前驅(qū)體溶液中加入乙酸錳，靜電紡絲制備納米纖維700℃碳化處理得到含有MnO和Mn3O4的納米纖維，循環(huán)性能穩(wěn)定。加入質(zhì)量分數(shù)50%乙酸錳的碳納米纖維穩(wěn)定容量在600mA•h/g，比不加乙酸錳的碳納米纖維高的多。Steven等將硅包覆在垂直碳納米纖維表面，并將其用于鋰離子二次電池陽極材料，結(jié)果顯示該材料的電容量(以1g硅計)達到了3000～3650mA•h/g，而且經(jīng)過100次充放電循環(huán)后電容量仍然保持89%。Kim等以靜電紡絲技術(shù)制備出可用于鋰離子二次電池陽極材料的碳纖維，比表面積500～1200m2/g，比電容達到35～202F/g。Chen利用紡絲技術(shù)制備出高導(dǎo)電性的碳/鈷納米復(fù)合纖維，可逆容量大于800mA•h/g。Nan在聚丙烯酸/二甲基乙酰胺前驅(qū)體溶液中加入正硅酸乙酯和鹽酸，通過靜電紡絲制備出含有SiO2的碳納米纖維，使用氫氟酸去除掉SiO2納米粒子，得到的纖維比表面積達到950m2/g，用作鋰離子二次電池陽極材料時首次循環(huán)容量達到730mA•h/g。

3.4催化劑及催化劑載體材料靜電紡絲制備的碳纖維薄膜具有大比表面積，孔徑發(fā)達，易于回收，可以重復(fù)使用，常用作催化劑載體。Wang將靜電紡絲制備的聚丙烯腈纖維進行活化和石墨化處理后用于室溫下對NO的催化氧化，發(fā)現(xiàn)活性碳納米纖維及1900和2400℃石墨化處理的碳納米纖維對NO的催化氧化率分別是11%，38%和45%，石墨化的碳納米纖維為NO催化氧化為NO2提供了更多的活性點位。陳瑩瑩以PVP/Ti(OC4H9)4前驅(qū)體溶液電紡制備出納米線，再在不同溫度下煅燒制備出具有光催化性能的TiO2納米線，對羅丹明B降解效果明顯。Sundara-murthy使用Fe(acac)3/PVP乙醇溶液體系電紡出纖維，在500℃退火5h，制備出a-Fe2O3纖維，對有機染料剛果紅的光催化降解率達到90%。

3.5吸附過濾材料靜電紡絲制備的碳納米纖維形成的纖維膜氣流阻力小，孔隙度高而孔徑小，比表面積高，表面黏結(jié)性好，是高效的過濾材料。Bai將靜電紡絲制備的活性碳納米纖維使用硝酸和硫酸進行氧化處理，處理后的活性碳納米纖維表面官能團更加豐富，表面極性變大，對丁酮、乙醇等極性有機組分的吸附能力更強。將碳納米纖維與其他機體復(fù)合，制成防護服，用作分子過濾、生化阻隔、吸收和降解有害氣體。Gibson在電紡法的纖維薄膜中引入把活性碳、碳納米管和酶粒子引入電紡絲薄膜，制備化學(xué)生物保護膜，有效地捕捉空氣中的粒子，具有防生化武器的基本功能。

4結(jié)語

聚丙烯腈纖維范文第4篇

關(guān)鍵詞：碳纖維產(chǎn)業(yè)；發(fā)展；趨勢

碳纖維材料目前主要應(yīng)用在飛機、導(dǎo)彈、宇宙飛行器、衛(wèi)星、釣魚竿、高爾夫球棒、人造假肢、光學(xué)儀器及汽車等行業(yè)，隨著碳纖維材料性能的提高和穩(wěn)定，應(yīng)用越來越廣泛。這種材料密度小、強度高、耐腐蝕，耐熱。材料的優(yōu)異力學(xué)性能和物理特性引起了各國家的高度重視，從而得到了快速發(fā)展。我國碳纖維產(chǎn)業(yè)起步較晚，與發(fā)達國家存在一定差距，我國相關(guān)科研部門和企業(yè)單位正投入巨大精力和經(jīng)費進行研發(fā)，借以突破發(fā)達國家對這種材料造成的壟斷，為我國民用、工業(yè)發(fā)展和國防武器研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

目前常用的碳纖維有聚丙烯腈基碳纖維、石墨碳纖維、瀝青基碳纖維等。其中聚丙烯腈基碳纖維應(yīng)用最為廣泛。碳纖維產(chǎn)業(yè)是一個集中多種學(xué)科、多種技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品科技價值高，技術(shù)瓶頸大、經(jīng)濟附加值高，制作工藝復(fù)雜，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都影響最終的碳纖維成品質(zhì)量。聚丙烯腈基碳纖維簡稱PAN，由日本人進藤昭男發(fā)明。本文將以聚丙烯腈基碳纖維設(shè)備為例闡述本行業(yè)的發(fā)展趨勢，主要闡述世界上相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，主要企事業(yè)單位發(fā)展?fàn)顩r，產(chǎn)品特點，碳纖維設(shè)備主要組成，各組成設(shè)備的主要技術(shù)特點及未來碳纖維行業(yè)發(fā)展趨勢。

碳纖維行業(yè)國內(nèi)外現(xiàn)狀：美國主要有阿莫科公司和卓爾泰克公司。產(chǎn)能占世界第二位，技術(shù)較成熟。日本主要有東麗公司、三菱人造絲公司和東邦公司，日本是碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，技術(shù)成熟，PAN基碳纖維產(chǎn)量在全世界遙遙領(lǐng)先，幾乎達到壟斷地位。民用和工業(yè)用途廣泛，同時大量出口國外，新產(chǎn)品新技術(shù)不斷出現(xiàn)。德國主要是西格里集團，西格里集團簡稱SGL，在產(chǎn)品的多樣性和生產(chǎn)鏈的完整性方面優(yōu)勢明顯，也是在德國本土為數(shù)不多的在碳纖維行業(yè)發(fā)展較好的公司。臺灣主要是臺塑集團，臺塑集團相關(guān)技術(shù)引自美國，吸收消化和改進，學(xué)習(xí)進步的很快，目前產(chǎn)量達到世界第四位，但產(chǎn)品的技術(shù)水準(zhǔn)和性能指標(biāo)提高不大。我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)一直處于其它國家的技術(shù)壟斷當(dāng)中，發(fā)展緩慢，嚴重依賴進口。這些年由于戰(zhàn)略角度的考慮，國家把碳纖維產(chǎn)業(yè)列入863計劃，國內(nèi)從事相關(guān)研究的有中鋼集團的吉林碳纖維材料廠、博云新材、中國科學(xué)院山西煤炭研究所、山東大學(xué)，黑龍江黑龍偉業(yè)碳纖維設(shè)備等公司，在國家政策的鼓勵下，還有很多公司陸續(xù)成立，從事相關(guān)行業(yè)的配套生產(chǎn)。但國內(nèi)主要還是以中試線調(diào)試為主，沒有形成規(guī)?；a(chǎn)，在世界上生產(chǎn)份額也少之又少。博云新材和中鋼吉碳都是上市公司，資金實力雄厚，研發(fā)進展較快。國防科工委每年采購的碳纖維產(chǎn)品主要就來自中鋼吉碳的全資子公司神州碳纖維公司，國內(nèi)的中復(fù)神鷹集團目前已經(jīng)批量投產(chǎn)，主要產(chǎn)品集中在T-300，其它產(chǎn)品處于不斷的研發(fā)試驗中。整體上看，我國在此行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅速，在技術(shù)公關(guān)、批量生產(chǎn)和人才儲備上還需要很長的路要走，加上其它國家公司的價格打壓，發(fā)展上困難重重。

碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)工序集合了眾多學(xué)科，首先需要合格高質(zhì)量的原絲，聚丙烯腈基的原絲生產(chǎn)要丙烯腈通過一系列化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)鍵的變化，要獲得高質(zhì)量的碳纖維原絲至關(guān)重要，原絲制成后還需要水洗、烘干、預(yù)氧化、低碳爐、高碳爐、掛漿、烘干、清洗、干燥、收絲等工序，制作成的碳纖維還需要進一步加工成其它如人造假肢的產(chǎn)品，其中的每一步都很關(guān)鍵，由于其生產(chǎn)鏈的復(fù)雜，本文僅就其中幾個關(guān)鍵設(shè)備及關(guān)鍵點進行闡述。

預(yù)氧爐：PAN原絲預(yù)氧化時發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)的具體情況還有待進一步研究，目前所知的是主要有熱裂解反應(yīng)和大分子鏈的重新組合。從加熱方式上區(qū)分目前主要有外熱循環(huán)式預(yù)氧化爐和內(nèi)熱式預(yù)氧化爐。預(yù)氧化爐對爐溫的均勻性要求很高，預(yù)氧化過程中會產(chǎn)生氣體和焦油，所以預(yù)氧化爐需要及時排出廢氣，預(yù)氧化的溫度分梯度設(shè)置，每個加熱區(qū)都要安裝熱電偶單獨加熱和控溫。PAN原絲的預(yù)氧化的時間需要1小時到兩小時，如果熱空氣循環(huán)利用，那么對熱空氣就要進行過濾處理，借以去除焦油、粉塵和毛絲。熱風(fēng)風(fēng)向與原絲走向可以選擇平行和垂直兩種，要考慮熱對流交換的效果和對原絲的影響來布置。同時預(yù)熱爐內(nèi)的焦油需要及時排出，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)加以考慮。加熱元件的安裝和維護也要考慮方便，原絲在預(yù)氧化過程中顏色會逐漸變深，通過觀察原絲表面的顏色可以大致判斷預(yù)氧化的效果。

炭化爐：炭化爐主要有低溫炭化爐和高溫炭化爐，炭化爐的溫度也分梯度設(shè)置，炭化過程中要避免空氣的進入，碳化設(shè)備對密封性有很高的要求，尤其是爐頭要設(shè)計合理，目前多采用非接觸式迷宮密封，密封氣體采用氮氣，氮氣的含氧量要復(fù)合要求。高溫炭化爐工作溫度較高，對加熱元件和設(shè)備的保溫性能要求更高，加熱元件可以選用各向同性高純石墨。加熱元件兩端接低電壓，通過大電流流經(jīng)高純石墨發(fā)熱加熱，然后通過輻射形式將熱量傳遞出去。炭化爐的廢氣處理要合理，避免造成空氣污染，目前較好的方法是采用燃燒法。炭化爐的爐內(nèi)壓力要時時控制，加熱元件的結(jié)構(gòu)要合理，盡可能便于安裝和維護。

牽伸裝置：在碳纖維生產(chǎn)線中牽伸裝置應(yīng)用廣泛，牽伸裝置一方面可以改變原絲的輸送方向，另一方面可以通過主動輥的線速度差改變牽引力，拉力的改變對碳纖維絲的相關(guān)性能有很大影響。牽伸輥的表面不能過于粗糙，以免使纖維絲產(chǎn)生毛刺，也不能過于光滑，要保證具有一定的摩擦力，同時要消除碳纖維和輥的接觸過程中發(fā)生的靜電。整個牽伸裝置制作要位置準(zhǔn)確，技術(shù)上復(fù)合運動要求。

如下圖是國內(nèi)黑龍偉業(yè)碳纖維設(shè)備公司生產(chǎn)調(diào)試的碳纖維生產(chǎn)線。圖中可以看出各裝置的布置，通過牽伸機、預(yù)氧化爐、低碳爐、高碳爐、清洗機、掛漿機、干燥裝置等構(gòu)成整條碳化線。

聚丙烯腈纖維范文第5篇

關(guān)鍵詞：高速 有砟鐵路橋面 防水 施工

Abstract: south railway 5 standard two widely division within the pipeline section 23 bridge deck waterproof construction as an example, summarizes the design speed of 250 km of railway bridge deck frantic jumble orbit in waterproof construction process is easy to appear problems and the countermeasures of the experience and the obtained. For the follow-up of railway bridge deck waterproof construction to provide the reference.

Keywords: high speed railway bridge deck is frantic jumble waterproof construction

中圖分類號：TU74文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

1、工程概況

新建南（寧）廣（州）鐵路為有砟軌道，I級干線，雙線電氣化，設(shè)計時速250km，線路全長577.1公里。南廣鐵路5標(biāo)二分部管段內(nèi)分部23座橋，位于廣西東部藤縣境內(nèi)，丘陵地區(qū)，全橋位于R-5500和R-6000的曲線上，橋面寬度設(shè)計12.2m，孔垮設(shè)計為32m和24m。橋面防水包括橋面道砟槽板和橋面電纜槽的防水。橋面道砟槽（橋粱擋渣墻之間的橋面，含擋渣墻根部）防水層施工包括：基層處理、涂刷基層處理劑、鋪設(shè)高聚物改性瀝青防水卷材、澆筑C40細石聚丙烯腈纖維混凝土保護層。橋面電纜槽防水層電包括：基層處理、涂刷聚氨酯、澆筑保護層施工。

2、施工準(zhǔn)備

全面掌握《客運專線鐵路常用跨度梁橋面附屬設(shè)施》通橋（2008）8388A中的有砟軌道橋面防水設(shè)計。結(jié)合設(shè)計要求熟悉《客運專線橋梁混凝土橋面防水層暫行技術(shù)條件（科技基[2007]56號）》中的相關(guān)要求。二分部橋面采用長度小于33m，寬度100cm，厚度4.5mm的高聚物改性瀝青卷材。

統(tǒng)計原材料規(guī)格型號及數(shù)量，列出各種材料的性能指標(biāo)及檢驗頻次。主要防水材料是RWB-801鐵路橋、涵專用高聚物改性瀝青卷材；高聚物改性瀝青基層處理劑、聚氨酯防水涂料。

橋面排水方向（詳見通橋[2008]8388A-61），有砟軌道橋面采用雙側(cè)擋水，擋砟墻內(nèi)側(cè)人字排水坡度2%，擋渣墻外側(cè)電纜槽內(nèi)從粱邊到粱中心設(shè)置2%排水坡度。示意圖如下：

2.1、地端子按照“鐵路綜合接地系統(tǒng)通號（2009）9301”檢查數(shù)量、位置，進行電阻檢測,單體電阻值不大于4Ω為合格。

2.2、橋臺臺頂?shù)理牟郯甯哂谠O(shè)計高程的，人工處理臺頂至設(shè)計高程；臺頂?shù)陀谠O(shè)計高程的采取加厚防水保護層的方式解決。

2.3、擋渣墻倒角修整施工完畢。

2.4、擋渣墻管篦全部安裝完成，安裝前應(yīng)在過水孔底部涂刷防水涂料且需鋪設(shè)防水層。預(yù)留孔洞孔徑不滿足安裝要求的，人工處理完畢，安放管篦。

2.5、梁上及橋臺落水管蓋全部安裝到位。

2.6、梁體預(yù)留的提梁孔采用與梁同等標(biāo)號的C50砼封閉。

2.7、粱面基層的浮漿、水泥硬皮、灰塵及污漬清理干凈。

2.9、電纜槽的防水處理在槽內(nèi)的接地完成、槽內(nèi)基面找平后進行。

3、道砟板防水層施工

橋面道砟板防水層是指橋粱擋渣墻之間的橋面（含擋渣墻根部）的部分，包括：基層處理、涂刷基層處理劑、鋪設(shè)高聚物改性瀝青防水卷材、澆筑C40細石聚丙烯腈纖維混凝土保護層，防水布置如下圖。

道砟板防水層施工是橋面防水的關(guān)鍵部位，也是施工的難點部位。

3.1基層面檢查及處理

1) 防水層施工前先對基層面進行驗收，在驗收中，將采取各種措施進行缺陷項目的處理：發(fā)現(xiàn)橋面上有浮漿、雜物或者剝落、松散的部位，采用鋼刷進行清除；在發(fā)現(xiàn)擋砟墻、豎墻或者梁面上有灰塵、砂粒等殘留物，采用高壓風(fēng)吹掉灰塵或高壓氣槍沖掉砂粒；在出現(xiàn)有大面積油污的部位，采用購買的蘇打水進行清理。

2) 基層面要做到平整，平整度的要求：用1米長靠尺測量，空隙不大于3mm，空隙只允許平緩變化，每米不應(yīng)超過一次。

3.2 涂刷基層處理劑

1) 涂刷高聚物改性瀝青基層處理劑時，基層要保持清潔干燥。

2) 高聚物改性瀝青基層處理劑每平方米用量不少于0.4kg。

3) 在基層上涂刷高聚物改性瀝青基層處理劑，應(yīng)涂刷均勻、不露底面，不堆積。

3.3高聚物改性瀝青防水卷材鋪設(shè)

1) 防水層結(jié)構(gòu)型式

高聚物改性瀝青防水卷材防水體系構(gòu)造示意圖（道砟槽內(nèi)）

2) 基層表面必須干凈，無灰塵；不得有明水，嚴禁雨中施工。

3) 采用多臺噴燈同時烘烤熱熔鋪貼卷材。

4) 當(dāng)基層處理劑干燥不粘手時，方可進行卷材的鋪貼。

5) 防水卷材縱、橫向的搭接長度均不得小于100mm。在已涂刷基層處理劑并干燥的基層表面，留出搭接縫尺寸，將鋪貼卷材的基準(zhǔn)線彈好，以便按此基線記性卷材鋪貼施工。

6) 卷材鋪貼應(yīng)從一端開始，橋面橫向由低向高順序進行；點燃噴燈，烘烤卷材底面的瀝青層及基層上的處理劑（烘烤噴燈以距離卷材輥30cm左右為宜），烘烤要均勻，將卷材底面瀝青層熔化后，即可向前滾鋪。為保證卷材與基層的粘結(jié)，卷材熱熔鋪貼過程中，應(yīng)邊鋪貼邊滾壓排氣粘合，滾壓工具可采用15～20kg重，1m長，直徑約為15cm的鋼輥。

7) 卷材底面熔化以瀝青接近流淌，呈黑亮為度，不得過分加熱后燒穿卷材。

8) 卷材搭接處的上層和下層卷材應(yīng)完全熱熔粘合，已保證搭接處粘貼牢固，搭接縫處應(yīng)有自然溢出的熔融瀝青。

9) 卷材鋪貼到梁體周邊收口部位時，滾壓后應(yīng)有自然溢出的熔融瀝青。采用刮板抹平密封收口。

10) 防水層鋪設(shè)施工環(huán)境溫度不宜低于零下20℃。

9) 制作防水層時不得應(yīng)流濺或其它原因而污染梁體。

3.4C40細石聚丙烯腈纖維混凝土保護層

1)澆筑C40細石聚丙烯腈纖維混凝土保護層時一定弄清排水方向、流水坡度應(yīng)符合設(shè)計要求。（詳見通橋[2008]8388A-61）。有砟混凝土橋面道砟槽內(nèi)保護層設(shè)計為6cm厚。

橋面設(shè)計人字形排水，排水坡度2%。測量沿橋梁中線每4m布一個保護層標(biāo)高控制點（此點在里程上距橋面泄水管2m），澆筑10cm*10 cm混凝土小墩，其頂面與保護層頂面平齊，沿橋梁中線保護層高程控制點拉線沖筋；在擋砟墻靠道砟槽一側(cè)的根部，在泄水孔中心里程處，相鄰泄水孔中間分別測量保護層頂面高程，標(biāo)記在擋砟墻上，（兩相鄰泄水孔中間保護層頂面高程比泄水孔處高4cm,按照2%的匯水坡度計算）。分別以擋砟墻根部和橋梁中線的高程控制點基準(zhǔn)拉線，并結(jié)合5m長的鋁合金收面尺控制保護層頂面標(biāo)高。

2)防水層鋪貼完成后30分鐘，即可澆筑保護層。

3)澆筑混凝土保護層時，其施工用具、材料必須輕吊輕放，嚴禁碰傷已鋪設(shè)好的防水層。

4)保護層采用C40細石聚丙烯腈纖維混凝土。混凝土原材料配合比、混凝土拌合、澆筑和養(yǎng)護應(yīng)符合《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的有關(guān)規(guī)定和設(shè)計要求。

5)橋面保護層縱向每隔4m、同時沿縱向在中間作一寬約10mm、深約保護層厚度的斷縫。當(dāng)保護層混凝土強度達到設(shè)計強度的50%以上時，用聚氨酯防水涂料將斷縫填實、填滿，不得污染保護層及梁體。

6）保護層表面應(yīng)平整、流水暢通。

7） 應(yīng)采用強制攪拌，攪拌時間不少于3min，注意纖維拌和均勻。

8） 采用平板振搗器搗實，振搗時間為20秒左右，并無可見空洞為止。

9）混凝土接近初凝時方可進行抹面，抹刀應(yīng)光滑以免帶出纖維，抹面時不得加水，抹面次數(shù)不宜過多。

10）混凝土澆筑完成后，應(yīng)采取保水養(yǎng)護。冬季施工應(yīng)加入防凍劑。自然養(yǎng)護時，橋面應(yīng)采用草袋或麻袋覆蓋，并在其上覆蓋塑料薄膜，橋面混凝土灑水次數(shù)應(yīng)能保持表面充分潮濕。當(dāng)環(huán)境相對濕度小于60％時，自然養(yǎng)護應(yīng)不少于28d；相對濕度在60％以上時，自然養(yǎng)護應(yīng)不少于14d。

4、橋面電纜槽防水施工

電纜槽防水施工包括：基層處理、涂刷聚氨酯、澆筑保護層

4.1基層處理

見道砟板防水層的基層面檢查及處理。

4.2涂刷聚氨酯

1）聚氨酯防水涂料總涂膜厚度不得小于2.0mm，每平方米用量約2.4kg。

2）準(zhǔn)備圓形拌和桶、220V電源、手持式攪拌器、量具。

3）涂料主劑(甲組份)、固化劑(乙組份)須按產(chǎn)品說明進行配制，每種組份的稱量誤差不得大于±2％。

4）基層表面要干凈，不得有明水，嚴禁雨中施工。

5）采用金屬鋸齒板(應(yīng)保證涂膜厚度達到2.0mm)將涂料均勻涂刷于基層表面?；鶎右髨怨獭⑵秸?、無雜物、充分干燥，陰、陽角要做成弧圓形，陰角直徑大于50mm,陽角直徑大于10mm。

6）采用人工涂刷配制涂料時，按照先主劑、后固化劑的順序?qū)⒁后w倒入容器，并充分攪拌使其混合均勻。攪拌時間3～5min。

7）攪拌時不得加水，必須采用機械方法攪拌，攪拌器的轉(zhuǎn)速宜在200～300轉(zhuǎn)/分。

8）涂刷時應(yīng)分2次進行，以防止氣泡存于涂膜內(nèi)。第一次使用平板在基面上刮涂一層厚度0.2mm左右的涂膜，1～2小時內(nèi)使用金屬鋸齒板進行第二次刮涂。刮涂后應(yīng)隨即灑砂一層，砂粒直徑20～40目為宜。

9）配制好的涂料應(yīng)在20分鐘內(nèi)用完，隨配隨用。

10）對擋砟墻、豎墻等垂直部位使用毛刷或輥子先行涂刷，平面部位在其后涂刷。

11）不得使用風(fēng)扇或類似工具縮短干燥時間。

12）涂刷后12小時內(nèi)須防止雨淋及暴曬。

13）在膠粘材料固化前不得在其上行走或進行下道工序作業(yè)；防水層完全干固后，方可澆筑保護層。

4.3澆筑保護層

澆筑C40細石聚丙烯腈纖維混凝土保護層時一定弄清排水方向（詳見通橋[2008]8388A-61）。保護層設(shè)計4cm厚，必須彈墨線控制流水方向和高程。

無聲屏障的橋梁在梁體兩端電纜槽內(nèi)設(shè)置擋水臺10cm寬，10cm高（高出保護層4～5cm即可）。

在接觸網(wǎng)基礎(chǔ)及擋水臺處的保護層統(tǒng)一做成20cm～25cm長的斜坡，可保證電纜線布設(shè)豎向坡度不大于30cm,斜坡頂面與臺階頂面平齊。

電纜槽底部混凝土保護層表面必須平整、收光。

5細部防水處理

5.1 靠道砟槽內(nèi)擋砟墻根部防水處理

道砟槽內(nèi)橋面的防水卷材鋪至擋砟墻根部，在擋砟墻根部處加鋪卷材附加層，附加層沿擋砟墻彎起高度5cm，沿橋面水平寬度15cm,防水卷材上澆筑C40細石聚丙烯腈纖維混凝土（詳見通橋[2008]8388A-40）。防水卷材搭接處采用粘結(jié)劑（聚氨酯）封邊處理。在擋砟墻根部，距梁體頂面5cm處，彈一墨線（與縱坡一致），用以控制卷材彎起高度。

5.2 泄水管處防水處理

橋面泄水管處防水按照下圖進行，采用高聚物改性瀝青防水卷材，在管口處無需貼卷材附加層，直接將泄水管處的高聚物改性瀝青防水卷材然后翻貼切開，然后翻貼至泄水管內(nèi)壁（詳見通橋[2008]8388A-40），按照B詳圖施工即可（詳見通橋[2008]8388A-47）。泄水管處的保護層設(shè)置45°倒角，以便積水快速流到泄水孔（詳見通橋[2008]8388A-02）。

5.3擋砟墻、豎墻排水孔

擋砟墻、豎墻過水孔底部及兩側(cè)涂刷聚氨酯（見通橋[2008]8388A-47），并澆筑C40細石聚丙烯腈纖維混凝土保護層，排水坡度2％。

5.4 靠電纜槽側(cè)擋砟墻根部及豎墻根部防水處理（有泄水管）

對擋砟墻、豎墻等垂直部位使用毛刷或輥子先行涂刷，平面部位在其后涂刷。

電纜槽內(nèi)保護層與擋砟墻及豎墻接縫處采用聚氨酯防水涂料封邊，封邊寬度大于8cm（見通橋[2008]8388A-40）。注意在電纜槽內(nèi)的擋砟墻及豎墻根部豎向（不是水平向）無需防水涂料，水平方向有聚氨酯涂料。

6質(zhì)量控制

6.1防水層及保護層允許偏差及檢驗方法按照《客運專線橋梁混凝土橋面防水層暫行技術(shù)條件（科技基[2007]56號）》進行。

6.2防水涂料應(yīng)涂刷均勻，無漏刷、無氣泡。鋪設(shè)完成后，用橡膠測厚儀檢查涂層厚度，每孔梁檢測10處。

6.3防水卷材的鋪設(shè)應(yīng)平整、無破損、無空鼓，搭接處及周邊均不得翹起。

6.4保護層達到設(shè)計強度后，應(yīng)鉆取芯樣進行混凝土與卷材或涂料的粘結(jié)強度檢測，每孔梁檢測3處。取樣后的孔洞用聚氨酯防水涂料填滿。

6.5保護層表面不得出現(xiàn)裂縫,防水卷材先試鋪，再大面展開。

6.6施工時段安排在晴朗天氣進行施工，盡量避免雨季施工,事先準(zhǔn)備好各種防雨材料，在施工時如遇暴雨即可進行遮蓋，防止雨水侵襲施工面。