氣相生長碳纖維增強體是一種新的完全不同於一般碳纖維製造方法的非連續碳纖維的製造途徑。VGCF從生長機理及結構上看，在工業上也稱為碳晶須或石墨晶須，但從嚴格的結晶學定義看它並不是單晶晶須。
基本介紹
- 中文名：氣相生長碳纖維增強體
- 外文名：vapor disporsition Catbon fiber reinforcement
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
簡介,製備方法,套用,生產工藝,PAN基碳纖維,瀝青基碳纖維,
簡介
氣相生長碳纖維增強體是一種新的完全不同於一般碳纖維製造方法的非連續碳纖維的製造途徑。VGCF從生長機理及結構上看，在工業上也稱為碳晶須或石墨晶須，但從嚴格的結晶學定義看它並不是單晶晶須。
製備方法
製法是用碳氫化合物的蒸氣與催化劑源(為金屬鐵，鎳或硫及其氧化物或鹽類等微顆粒)和氯氧接觸，在1100℃左右高溫下通過烴類熱解產生碳，生成的儲溶解在催化劑微粒中，並引發原始纖維的生長。這些原始纖維接著通過另外碳沉積增厚到直徑為幾微米即製得氣相生長碳纖維。經石墨化處理後增加晶體結構，並提高性能，經過高溫石墨化處理的VGCF拉伸強度已達理論值的1/1。彈性模量高達1000GPa，電阻率0.8~1.5x10-4Ω·cm，抗氧化性，耐腐蝕性等方面均與石墨晶須十分接近。
套用
這種新形態碳纖維，具有十分優良性能。可望在汽車、飛機用的碳纖維增強高聚物基複合材料，金屬基複合材料及電子、電工、L程材料等方面廣泛套用。VGCF製成的石墨層間化合物已試用於低溫溫差電池，VGCF這一工藝技術還處在發展階段，它的潛在優勢是經濟，優良的熱傳導性和良好的成本性能值(即機械性能/成本比值)。預示將在先進複合材料(ACM1)中顯示其重要作用。
生產工藝
根據催化劑與烴類氣體作用方式的不同，VGCFs的生產工藝分為三種: 基板生長法，液體脈衝噴射法，氣相流動生長法。先將催化劑的前驅體塗覆在基板表面(一般以石墨或陶瓷作為基板)，經烘千處理後置於反應器中，升溫至一定溫度，再將烴類氣體(如苯、乙炔、甲烷等)和載氣(-般為氫氣)的混合氣送入熱解爐的反應管中，此時，在預先放置在反應管中的基板上就會形成碳纖維，其生成主要由三個過程組成：
1)在基板表面使金屬超微催化劑粒子分散，即所謂撒種；
2)通過催化劑粒子形成細小的前驅體炭絲；
3)前驅炭絲經烴類熱解沉積碳使之變粗。
PAN基碳纖維
PAN基碳纖維的生產工藝主要包括原絲生產和原絲碳化兩個過程:首先通過丙烯腈聚合和紡紗等一系列工藝加工成被稱為“母體“的聚丙烯腈纖維或原絲， 將這些原絲放入氧化爐中在200到300℃進行氧化，還要在碳化爐中，在溫度為1000到2000℃下進行碳化等工序製成碳纖維。
瀝青基碳纖維
美國發明了紡織瀝青基碳纖維用的含有基金屬中間相瀝青，原絲經穩定化和碳化後，碳纖維的拉伸強度為3.5G帕，模量為252G帕；法國研製了耐熱和高導電的中間相瀝青基碳纖維；波蘭開發了新型金屬塗覆碳纖維的方法，例如塗覆銅的瀝青基碳纖維是用混合法製成，先用銅鹽與各向同性煤瀝青混勻，進行離心紡絲，在空氣中穩定化並在高溫氫氣中處理，得到合金銅的碳纖維。世界瀝青基碳纖維的生產能力較小，國內瀝青基碳纖維的研究和開發較早，但在開發、生產及套用方面與國外相比有較大的差距。
