【專業(yè)講堂】有問必答:為何碳纖維有效期不超過兩年?為什么使用前需要先放置48小時?
碳纖維的保存周期
目前大多數(shù)碳纖維制造商的產(chǎn)品合格證書包括以下主要內(nèi)容:碳纖維的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂伸長率(樹脂浸漬纖維后的性能指標(biāo));體密度;線密度;以及上漿劑含量。
碳纖維有一定的保質(zhì)期,其保質(zhì)期從制造日期開始,有效期為兩年,而且這兩年有效期的前提是在正常溫濕度條件下儲存。
由于碳纖維是一種脆性材料,因此對其儲存時需要格外小心。以日本東麗公司的Torayca?碳纖維為例,為了確保其在搬運和加工過程中不會損壞,每卷碳纖維都需要包裹在塑料膜中,而成卷的碳纖維產(chǎn)品又通過紙板箱和內(nèi)部包裝加以保護(hù)來防止受到振動沖擊,通過包裹在塑料膜中也可以使碳纖維避免灰塵、水分等污染。
為什么碳纖維的保質(zhì)期只有兩年?從碳纖維的基本屬性來看,碳纖維由于其穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu),并不會隨著時間的推移而惡化。但是,碳纖維表面上漿劑是一種受溫度、濕度和時間影響的聚合物,因此任何碳纖維生產(chǎn)廠家均無法將保證期延長超過兩年。通常在兩年有效期內(nèi),可以穩(wěn)定可靠的使用碳纖維產(chǎn)品。
碳纖維的處理和加工
碳纖維是一種需要小心處理的高科技材料。如上所述,每卷碳纖維都會單獨包裹在塑料保護(hù)膜中,在使用時必須小心用手去除這層塑料薄膜,而避免使用銳器。
在使用碳纖維之前,推薦對產(chǎn)品進(jìn)行一定的預(yù)處理。去除塑料膜后,每卷碳纖維必須在20-35°C的溫度和40-80%的相對濕度下至少存放48小時。因為,這個預(yù)處理步驟對于正確展開碳纖維尤為重要。
適宜的環(huán)境濕度會防止碳纖維在卷軸上的摩擦,從而進(jìn)一步防止纖維因為摩擦而產(chǎn)生靜電。一旦產(chǎn)生靜電后,就容易導(dǎo)致斷裂的單絲集中在表面,除了最終產(chǎn)品質(zhì)量受到損失以外,有時候這還可能會導(dǎo)致碳纖維斷裂。
由于碳纖維加工工藝不同,因此碳纖維從卷軸上退繞使用時可能沿著軸向或徑向,但是一般生產(chǎn)廠家會建議客戶將其工藝調(diào)整為徑向送絲,這樣會減少纖維在卷繞面以及紙板芯軸上的摩擦。此外,還需要對碳纖維進(jìn)行張力控制。
由于碳纖維內(nèi)部具有石墨片層化學(xué)結(jié)構(gòu),它對磨損高度敏感。因此,在碳纖維使用過程中應(yīng)該盡可能減少摩擦區(qū)域,以減少斷裂纖維或絨毛的數(shù)量。為確保將摩擦降至最低,建議減少或消除與加工元件(如輥和導(dǎo)軌等)的接觸角;調(diào)整與纖維接觸的加工元件的表面粗糙度;調(diào)整加工過程中的電壓。此外,碳纖維上漿劑可能會被過于光滑或粗糙的元件粘住或損壞。
在有些工藝中需要實現(xiàn)碳纖維的有效分散,因此會通過使用熱源去掉上漿劑,此時必須要注意上漿劑對高溫條件的反應(yīng),如果熱處理溫度過高會導(dǎo)致加工問題或有機(jī)化合物的揮發(fā)。
在電氣安全方面,由于碳纖維具有一定導(dǎo)電性。當(dāng)碳纖維發(fā)生斷裂時,這些直徑大約5到7微米的單絲可以迅速分散到空氣中。因此,工作車間的電氣設(shè)備絕緣對于避免短路至關(guān)重要。
在個人防護(hù)方面,分散的碳纖維可能會引起皮膚刺激。此外,在過熱的情況下,上漿劑的熱降解可能會產(chǎn)生有害的分解產(chǎn)物。