由于碳獨(dú)特的性質(zhì),至今沒(méi)有找到合適的溶劑。它溶解起來(lái)又十分困難,需要在10Mpa的壓力以及3800℃的溫度中才能實(shí)現(xiàn)。所以要想制備碳纖維,不能使用一般無(wú)機(jī)纖維或有機(jī)纖維的制取方法,而是直接用熔融法或溶液法紡絲。常用的方法有氣象法和有機(jī)纖維固相碳化法兩種。
(圖示:碳纖維原絲)
氣象法是由烴或芳烴等小分子有機(jī)物在惰性氣流下高溫?zé)峤?,再沉積成纖維狀的物質(zhì)。這種方法只能得到短纖維,制備不出長(zhǎng)纖維,工藝條件又比較苛刻?,F(xiàn)在工業(yè)上用的碳纖維,大多都是采用有機(jī)纖維固相碳化而來(lái)的。它可以分為四個(gè)階段,第一是物理脫水階段;第二是從纖維素單元中脫氫階段;第三是通過(guò)游離反應(yīng),讓環(huán)側(cè)基斷鏈;第四是芳構(gòu)化階段。
用來(lái)制取碳纖維的有機(jī)纖維要滿足一些條件,不是隨便什么纖維都可以的。首先,在碳化過(guò)程中不會(huì)熔融,能保持原來(lái)的形狀,然后,它的碳化率要高,碳化后的產(chǎn)品有良好力學(xué)性能。如果想要制備出長(zhǎng)絲,它也必須是連續(xù)穩(wěn)定的長(zhǎng)絲。人們對(duì)多種有機(jī)纖維做了研究,最后發(fā)現(xiàn)制備碳纖維較好的有聚丙烯腈纖維和瀝青纖維等。現(xiàn)在使用最多的還是聚丙烯腈基碳纖維,占總量的90%以上。
碳纖維中的碳元素含量,達(dá)到95%左右,既有纖維柔軟、華順的優(yōu)點(diǎn),又有碳堅(jiān)硬、高強(qiáng)的特性,符合人們對(duì)質(zhì)輕高強(qiáng)的追求。自碳纖維發(fā)明出來(lái)以后,它就展現(xiàn)出優(yōu)越的性能,能使用在多個(gè)領(lǐng)域,例如在體育行業(yè)制造為優(yōu)越的體育用品,在汽車制造業(yè)充當(dāng)優(yōu)秀的零部件等。