汽车碳纤维线通常是指由碳纤维制成的用于汽车领域的线状材料。碳纤维是一种含碳量在 90% 以上的高强度、高模量纤维,它具有出色的力学性能,如高强度、高模量、低密度等。汽车碳纤维线可以是单丝碳纤维,也可以是由多根碳纤维捻合或编织而成的复合线。
原材料制备:
以 PAN 基碳纤维线为例,首先是聚丙烯腈纤维的制备。将丙烯腈单体通过聚合反应制成聚丙烯腈聚合物,这个过程需要精确控制反应条件,如温度、压力、催化剂等。聚合后的聚丙烯腈聚合物呈白色纤维状,然后经过纺丝工艺,将其制成纤维原丝。纺丝过程中,聚合物溶液或熔体通过喷丝头挤出,在凝固浴或空气中凝固成纤维,纤维的直径、均匀度等参数在这个阶段基本确定。
预氧化处理:
纺丝得到的 PAN 纤维原丝需要进行预氧化处理。在预氧化过程中,纤维在空气中加热到 200 - 300℃左右,使纤维分子链中的氰基发生环化反应,形成梯形结构。这个过程需要严格控制温度、时间和氧气含量等参数,预氧化后的纤维颜色会逐渐变深,从白色变为浅黄色或褐色,同时纤维的化学稳定性和耐热性得到提高。
碳化处理:
预氧化后的纤维进入碳化阶段。碳化是在惰性气体保护下进行的,温度一般在 1000 - 1600℃之间。在高温下,纤维中的非碳元素(如氢、氧、氮等)逐渐逸出,纤维的碳含量不断提高,最终形成碳纤维。碳化过程中,纤维的结构发生重组,形成石墨微晶结构,使其具有高模量和高强度的特性。碳化后的碳纤维颜色为黑色。
后处理与加工成线:
碳化后的碳纤维可能还需要进行表面处理,如通过化学气相沉积(CVD)或涂覆等方法,在碳纤维表面形成一层保护膜,以改善碳纤维与基体材料(如树脂)的界面结合性能。然后,根据需要将碳纤维加工成线,对于单丝碳纤维线,可能只需要进行简单的拉伸和整理;对于复丝碳纤维线,则需要通过捻合或编织等工艺,将多根碳纤维组合在一起,形成具有一定强度和结构的碳纤维线。