碳纖

高度加工的材料

碳纖(C徠arbon Fiber)是由經環氧塗層處理和石墨壓織的碳化纖維製成的。其優點是重量輕,抗張強度高,在所有密度低的人造合成手柄材料中,碳纖可能是最堅固的。碳纖也是一種高度加工的材料,因此一般也被用在高端產品上。

簡介


其由碳引起的反光很引人注目,外觀很具有未來派色彩。
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維比重小,因此有很高的比強度。

種類


經高溫處理后,其含碳量超過90%以上之纖維材料,稱之為碳纖維。碳纖維之種類分類有許多方法,可依原料、特性、處理溫度與形狀來分類。若依原料可分為纖維素纖維繫之嫘縈(Rayon)系與木質(Lignin)系;聚丙烯腈(Polyacrylonitrile)系;瀝青(Pitch)系;酚樹脂系與氣相碳纖系等六種。若依特性則分為普通碳纖維;高強度高模數碳纖維與活性碳纖維等三種。普通碳纖維之強力在120㎏/㎜2以下,楊氏模數(Young掇Modulus)在10000㎏/㎜2以下者稱之;高強度高模數者,則強力在150㎏/㎜2以上,模數在17000㎏/㎜2以上時稱之。
若依加工處理溫度分類時,則可分為耐炎質;碳素質與石墨質等三種。耐炎質碳纖之處理加熱溫度為200~350℃,可供作電氣絕緣體;碳素質碳纖之處理加熱溫度為500~1500℃,可供電氣傳導性材料用;石墨質碳纖之處理加熱溫度在2000℃以上,除耐熱性與電氣傳導性提高外,亦具自我潤滑性。
若按碳纖維製品之形狀分類時,可分為棉狀短纖維;長絲狀連續纖維;纖維束(Tow);織物;氈毯與編製長形物等。

研製


3.1嫘縈系碳纖維
嫘縈纖維素纖維加熱處理時不會熔融,若在無氧狀態下的不活性氣體(Inert Gas)中加熱處理,則極易取得碳纖維。
3.2聚丙烯腈系碳纖維
聚丙烯腈(PAN)系碳纖維之製造工程大致可分為聚丙烯腈纖維之製備;安定化工程(耐炎化);碳化工程;表面處理與上漿工程;石墨化工程等五個程序。
3.3瀝青系碳纖維
原油經900℃以上之高溫提煉后的殘渣中,約含有95wt%之碳質,若以電解法去除其中之硫酸,再經水洗后可得純度極佳之瀝青(Pitch)。
3.4氣相成長碳纖維
氣相成長碳纖維有基材上成長法與流體化觸媒成長法兩種。將鐵、鈷、鎳等金屬微粒(M)加熱至1100℃,令乙炔(C2H2)熱分解脫氫形成碳素沈積成長於金屬微粒下方,形成碳纖維。為基材上成長法之簡圖,可知其間須喂入氫(H2)氣與苯(C6H6)等氣體。
3徠.5活性碳纖維
目前商業化之活性碳的形態有粉末狀;顆粒狀與纖維狀等三種,其中粉末狀活性碳(Powdered Activated Carbon,簡稱PAC),大多由木屑製成,平均尺寸約為15~25μm;顆粒狀活性碳(Granular Activated Carbon,簡稱GAC),大致由煤、瀝青粉末製成,平均尺寸約為4~6㎜;纖維狀活性碳(Activated Carbon Fiber,簡稱ACF),則大多由PAN、Rayon、Pitch與Phenolic Resin等纖維製成,平均直徑約為7~15μm。