質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

碳纖維在傳統(tǒng)使用中除用作絕熱保溫材料外。 多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。碳纖維已成為先進復合材料*重要的增強材料。    李佩佩

碳纖維分散機是IKN公司的超高速剪切分散機，具有超高的轉速和剪切力。剪切速率可以超過10000rpm，轉子的速度可以達到44m/s。在該速度范圍內，由剪切力所造成的湍流結合專門研制的電機可以使粒徑范圍小到納米級。剪切力更強，乳液的粒徑分布就更窄。

碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經碳化制得。應用較普遍的碳纖維主要是聚丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維。碳纖維的制造包括纖維紡絲、熱穩(wěn)定化（預氧化）、碳化、石墨化等4個過程。其間伴隨的化學變化包括，脫氫、環(huán)化、預氧化、氧化及脫氧等。

從粘膠纖維制取高力學性能的碳纖維必須經高溫拉伸石墨化，碳化收率低，技術難度大、設備復雜，產品主要為耐燒蝕材料及隔熱材料所用；由瀝青制取碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高，但因原料調制復雜、產品性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展；由聚丙烯腈纖維原絲可制得高性能的碳纖維，其生產工藝較其它方法簡單力學性能優(yōu)良，自20世紀60年代后在碳纖維工業(yè)發(fā)展良好。

聚丙烯腈基碳纖維的生產主要包括原絲生產和原絲碳化兩個過程。

原絲生產過程主要包括聚合、脫泡、計量、噴絲、牽引、水洗、上油、烘干收絲等工序。

碳化過程主要包括放絲、預氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。^[11]

PAN基碳纖維的制備

聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復合材料用增強體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產率，工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是：雜質、缺陷少；細度均勻，并越細越好；強度高，毛絲少；纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80%；熱轉化性能好。

生產中制取聚丙烯腈纖維的過程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體（丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等）共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂（分子量高于 6到8萬），然后樹脂經溶劑（硫氰酸鈉、二甲基亞礬、硝酸和氯化鋅等）溶解，形成粘度適宜的紡絲液，經濕法、干法或干濕法進行紡絲，再經水洗、牽伸、干燥和熱定型即制成聚丙烯腈纖維。若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化，不能保持其原來的纖維狀態(tài)。制備碳纖維時，首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進行低溫熱處理，即預氧化處理。預氧化處理是纖維碳化的預備階段。一般將纖維在空氣下加熱至約270℃，保溫0.5h到3h，聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色，*后形成黑色的預氧化纖維。是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化后，發(fā)生氧化、熱解、交聯(lián)、環(huán)化等一系列化學反應形成耐熱梯型高分子的結果。再將預氧化纖維在氮氣中進行高溫處理1600℃的碳化處理，則纖維進一步產生交聯(lián)環(huán)化、芳構化及縮聚等反應，并脫除氫、氮、氧原子，*后形成二維碳環(huán)平面網狀結構和層片粗糙平行的亂層石墨結構的碳纖維。

由PAN原絲制備碳纖維的工藝流程如下：PAN原絲→預氧化→碳化→石墨化→表面處理→卷取→碳纖維。

*、原絲制備，聚丙烯腈和粘膠原絲主要采用濕法紡絲制得，瀝青和酚醛原絲則采用熔體紡絲制得。制備高性能聚丙烯腈基碳纖維需采用高純度、高強度和質量均勻的聚丙烯腈原絲，制備原絲用的共聚單體為衣康酸等。制備各向異性的高性能瀝青基碳纖維需先將瀝青預處理成中間相、預中間相（苯可溶各向異性瀝青）和潛在中間相（喹啉可溶各向異性瀝青）等。作為燒蝕材料用的粘膠基碳纖維，其原絲要求不含堿金屬離子。

第二、預氧化（聚丙烯腈纖維200到300℃）、不融化（瀝青200到400℃）或熱處理（粘膠纖維240℃），以得到耐熱和不熔的纖維，酚醛基碳纖維無此工序。

第三、碳化，其溫度為：聚丙烯腈纖維1000到1500℃，瀝青1500到1700℃，粘膠纖維400到2000℃。

第四、石墨化，聚丙烯腈纖維為2500到3000℃，瀝青2500到2800℃，粘膠纖維3000到3200℃。

第五、表面處理，進行氣相或液相氧化等，賦予纖維化學活性，以增大對樹脂的親和性。

第六、上漿處理，防止纖維損傷，提高與樹脂母體的親和性。所得纖維具有各種不同的斷面結構。

碳纖維分散機，就是高效、快速、均勻地將一個相或多個相（液體、固體、氣體）進入到另一互不相溶的連續(xù)相（通常是液體）的過程。而在通常情況下各個相是互不相溶的。當外部能力輸入時，兩種物料重組成為均一相。由于轉子高速旋轉所產生的高切線速度和高頻機械效應帶來的強勁動能，使物料在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂等綜合作用，形成懸乳液、乳液和泡沫。從而使不相溶的固相、液相、氣相在相應成熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細的分散乳化，經過高頻的循環(huán)往復，*終得到穩(wěn)定的高品質產品。

三級高剪切分散機器，主要用于微乳液及超細懸浮液的生產。由于工作腔體內三組分散頭（定子+轉子）同時工作，乳液經過高剪切后，液滴更細膩，粒徑分布更窄，因而生成的混合液穩(wěn)定性更好。三組分散頭均易于更換，適合不同的工藝應用。該系列中不同的型號的機器都有相同的線速度和剪切率，非常易于擴大生產。適宜的溫度，壓力與粘度參數(shù)與DISPERSING一樣。也符合CIP/SIP清潔標準，適合食品及醫(yī)藥生產。

特點： 1、處理量大，適合工業(yè)化在線連續(xù)生產

2、粒徑分布范圍窄，分散效果佳 

3、省時、高效、節(jié)約能耗

4、噪音低，運轉平穩(wěn)

5、消除批次間生產的品質差異

6、無死角，物料100%通過分散剪切

7、水循環(huán)機械密封，密封效能好;

8、物料接觸面采用316L不銹鋼，拋光處理，達到GMP標準;

9、具有短距離、低揚程輸送功能

10、使用簡單，維修方便。

ERS2000系列設備型號表

ERS2000系列產品與傳統(tǒng)的設備對比

• 傳統(tǒng)設備需要8小時的分散過程，ERS2000設備1小時就可以完成，更加高效、節(jié)能。
• 傳統(tǒng)設備的攪拌轉速每分鐘幾十轉，帶有分散功能的每分鐘轉速也在1500轉之內，而ERS2000系列每分鐘轉速可達到9000-12000轉，更加快速。超高的線速度產生的剪切力，使物料瞬間細化分散，從而獲得更高品質的產品。

ERS2000系列與同類設備的對比

• 發(fā)熱問題。同類設備在加工過程中，高粘物料進入腔體后，因背壓力大而輸送效果差，導致物料在設備腔體中停留時間過長而導致嚴重發(fā)熱。RES2000系列設備在確保效果的基礎上，減小了背壓阻力，提高了輸送能力，減少了停留時間，降低了物料發(fā)熱的狀況。
• 多層多向剪切分散。同類設備定、轉子等部件結構單一，多級多層的結構只是單純的重復性加工，相同的齒槽結構易發(fā)生物料未經分散便通過工作腔的短路現(xiàn)象。ERS2000系列定、轉子結構采用多層多向剪切的概念，裝配式結構使物料得到不同方向的剪切分散，杜絕短路現(xiàn)象，超細分散更加徹底。

ERS2000系列與ER2000系列對比

ER2000系列的線速度為23m/s，而ERS2000系列的線速度為44m/s。所以ERS2000系列的剪切速率更高，剪切分散的效果更好，在結合專門研制的電機后可以是粒徑范圍小到納米級。

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