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东丽研究T2000,强度逆天怎么赶?

2020-09-19 10:28:23 康飞新材料 1152

康飞新材料

       本文信息来源于一日本专家,该专家将于4月19-20日在(2019·第五届碳纤维及其复合材料产业大会)上做《T2000级别碳纤维与电子束固化》报告,详细解释T2000级别碳纤维情况。

       全球最大的碳纤维制造商日本东丽公司正在研究T2000级别碳纤维,强度达到60GPa,是T1000级碳纤维强度的十倍!有研究表示碳纤维理论强度为180GPa,目前工业生产的T1000碳纤维的强度有6370MPa(6.37GPa)。也仅仅不到理论强度的4%。而T2000级别碳纤维达到理论值逆天的33%,不得不让我们佩服。T2000碳纤维聚合中不使用引发剂,利用辐照引发聚合,颠覆了我们常见的聚丙烯腈的聚合方式。今天谈一谈几点思路,希望有帮助。有一些问题,在这里不方便说,如果想进行深入交流,可以留言联系。

       首先是第三单体的问题,通常的聚丙烯腈是由丙烯腈聚合而来,如果是纯丙烯腈聚合的话,聚丙烯腈分子结构有很强的范德华力和氢键力,造成聚丙烯腈僵硬缺乏柔性,特别是放热集中,在预氧化过程中难以控制,严重时发生火灾。所以为了克服上述缺点,通常加入第二单体,消弱分子间作用力,满足预氧化要求。常用的第二单体是衣康酸。为了改善某些性能还可以引入第三单体,常见的第三单体主要包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等。高性能碳纤维引入第三单体的思路是在第三单体引入后,可以形成某种结构。这种结构在炭化时候极易形成六元网格结构,可以作为六元网格结构的形核中心,在炭化时六元网格以其为核心进行生长。

       第二是恒张力纺丝,为了获得更好的力学性能,有了六元网格结构,我们需要在六元网格结构的石墨层趋向于沿纤维方向排列。通俗的讲就是我们需要把纤维内弯曲的分子链拉直,让它在纤维受拉伸的时候,承载外力。所以在纺丝预氧化炭化过程中需要加牵伸力。如果施加的牵伸力不稳定,就会造成纤维有的地方直径大、分子链拉伸不充分。所以解决这个问题的方法是,恒张力纺丝,在纤维生成的任何一段,受到的拉力一致,这样才会均匀,性能才会稳定,这也是国内碳纤维不稳定的一个因素。

       第三,T2000级别碳纤维聚合的时候不使用引发剂。引发剂作为打开丙烯腈化学键的方式,是我们经常使用的。但是引发剂的加入,其实对聚丙烯腈来说是杂质。在预氧化和碳化过程中,这些杂质就会造成碳纤维内部缺陷的产生。也会造成聚丙烯腈的成分的不均匀,引起皮芯结构,在径向引发裂纹产生。所以T2000级别碳纤维采用的聚合方式不使用引发剂,使用辐照触发丙烯腈聚合。这一点国内几乎没有深入研究。

        第四,关于大小丝束,通常我们认为碳纤维大丝束性能不如小丝束。其实有消息称大丝束的性能要优于小丝束,而且成本低于小丝束,但价格高于小丝束。

       第五,日本东丽目前能将碳纤维CV值降低到0.1,而我们国内碳纤维的CV值在5左右,远远赶不上东丽碳纤维的稳定水平。

        以上是几个思路,如果您有什么问题,可以微信留言讨论。

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