氰酸酯树脂碳纤维

『壹』 氰酸酯树脂的特性

氰酸酯树脂CE的重均复分子量为2000，常温下制呈固态或者半固态，也有某些品种为液体；可以在50~60℃温度范围内软化。
氰酸酯CE可溶于常见溶剂，如丙酮、丁酮、氯仿、四氢呋喃等，会被25%的氨水、4%的氢氧化钠溶液、50%硝酸和浓硫酸腐蚀，但是它可以耐苯、二甲基甲酰胺、甲醛、燃料油、石油、浓醋酸、三氯醛酸、磷酸钠浓溶液、30%的过氧水H2O2等。
氰酸酯CE具有优良的高温力学性能，弯曲强度和拉伸强度都比双官能团环氧树脂高；极低的吸水率（<1.5%）；成型收缩率低，尺寸稳定性好；耐热性好，玻璃化温度在240~260℃，最高能达到400℃，改性后可在170℃固化；耐湿热性、阻燃性、粘结性都很好，和玻纤、碳纤、石英纤维、晶须等增强材料的粘接性能好；电性能优异，具有极低的介电常数（2.8~3.2）和介电损耗角正切值（0.002~0.008），并且介电性能对温度和电磁波频率的变化都显示特有的稳定性（即具有宽频带性）。
用有机锡化合物作为氰酸酯树脂固化反应的催化剂，制得的CE固化树脂和复合材料具有优良的性能。

『贰』 氰酸酯树脂主要用途

氰酸酯树脂的主要用途：

⑴氰酸酯树脂CE是新型的电子材料和绝缘材料，是电子电器和微波通讯科技领域中重要的基础材料之一，是理想的雷达罩用树脂基体材料；由于具有良好的热稳定性和耐湿热性，极低的线膨胀系数等优点，CE树脂成为生产高频、高性能、优质电子印制电路板的极佳的基体材料；另外CE树脂还是很好的芯片封装材料。

⑵CE树脂可用于制作军事、航空、航天、航海领域的结构件，比如机翼、舰船壳体等，还可制成宇航中常用的泡沫夹芯结构材料。

⑶CE树脂有良好的相容性，与环氧树脂、不饱和聚酯等共聚可提高材料的耐热性和力学性能，也可用来对其它树脂改性，用做胶黏剂、涂料、复合泡沫塑料、人工介质材料等。

⑷CE的透波率极高，透明度好，是很好的透波材料。

『叁』 异氰酸酯改性环氧树脂的作用是什么

环氧树脂基体的分子结构中含有大量羟基鞥极性基团，吸湿性高，使其复合材料制品在湿热条件下的力学性能、介电性能急剧下降。氰酸酯是一类端基带有 － OCN 官能团的热固性树脂，
环氧树脂基体的分子结构中含有大量羟基鞥极性基团，吸湿性高，使其复合材料制品在湿热条件下的力学性能、介电性能急剧下降。氰酸酯是一类端基带有－OCN官能团的热固性树脂，由于氧原子和氮原子的电负性高，具有共振结构，同时碳氮原子间的键能较低，易打开，使其受热后可直接聚合或环氧树脂等含活泼氢的化合物发生共聚反应，且赋予该树脂优良的介电性能、良好的力学性能和耐湿热性能。应用氰酸酯树脂改性环氧树脂可大大提高固化树脂的湿热性能，明显提高其耐冲击性能等。应用氰酸酯树脂固化环氧树脂制得的复合材料已经广泛应用于电子、电器、航天航空等许多领域。

氰酸酯与环氧树脂的共固化反应十分复杂，反应历程存在争议，但目前普遍认为其中的共固化反应机理包括：首先是氰酸酯发生自聚反应形成三嗪环，环氧基与氰酸酯基共聚形成恶唑烷啉，然后三嗪环与剩余的环氧基反应形成异氰脲酸酯，异氰脲酸酯还可进一步与环氧基反应生成恶唑烷酮，同时恶唑烷啉是反映中间体，在高温下全部异构化为恶唑烷酮，因此最终固化物网络主要包括三嗪环、异氰脲酸酯和恶唑烷酮等五元、六元环。

氰酸酯与环氧树脂间的共固化反应是在一定条件下进行的，因此影响最终产物结构和性能的因素也很多。氰酸酯固化环氧树脂可在无催化剂的条件下完全固化，也可在催化剂存在下固化。无催化剂时反应较慢，故催化剂能明显促进固化反应，降低固化温度，缩短固化时间，所以氰酸酯改性环氧树脂反应中一般多使用催化剂。催化剂有多种，如有机金属盐、酸碱复合体系、咪唑类等，催化剂的加入一般对共固化反应机理影响很大，但最终产物组成存在着一定的差异，这可能是在氰酸酯固化环氧树脂的过程中存在各种反应，而催化剂对各种反应的促进作用不同。从而改变了生成物的组成，影响树脂固化物的力学性能及其热稳定性。因此了解催化剂的催化活性和反应产物的影响，对生产实践具有重要意义

『肆』 碳纤维的制备方式

工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类，但主要生产前两种碳纤维。由粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大，设备复杂，原料丰富碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较其他方法简单，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。
从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较其它方法简单力学性能优良，自20世纪60年代后在碳纤维工业发展良好。
聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。
原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。
碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。
PAN基碳纤维的制备
聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。
生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体（丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等）共聚生成共聚聚丙烯腈树脂（分子量高于 6到8万），然后树脂经溶剂（硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等）溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h到3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理1600℃的碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维。
第一、原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相（苯可溶各向异性沥青）和潜在中间相（喹啉可溶各向异性沥青）等。作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。
第二、预氧化（聚丙烯腈纤维200到300℃）、不融化（沥青200到400℃）或热处理（粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。
第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶纤维400到2000℃。
第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维3000到3200℃。
第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。
第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构。 世界碳纤维产量达到每年4万吨以上，全世界主要是日本美国德国以及韩国等少数国家掌握了碳纤维生产的核心技术，并且有规模化大生产。
当前，全球碳纤维核心技术被牢牢掌控在少数发达国家手中。一方面，以美日为首的发达国家始终保持着对中国碳纤维行业严格的技术封锁；另一方面，国外碳纤维行业领先企业开始进入中国市场，中国本土碳纤维企业的压力大增。虽然中国加大了对碳纤维行业的引导和扶持力度，但在较大的技术差距下，国产碳纤维的突围之路仍然坎坷。 中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快，安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年PAN基碳纤维，使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。
从2000年开始中国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。利用自主技术研制的少数国产T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持。2005年全球碳纤维市场仅为9亿美元，而2013年达到100亿美元，预计到2022年有望达到400亿美元，碳纤维复合材料的应用也将进入全新的时代。中国碳纤维产业化采取自主开发和引进相结合的道路，到“十一五“末期基本实现了相当于日本T300的国产碳纤维规模生产线，并且有一些企业已形成了T700以上水平的百吨生产线。
2011年中国碳纤维市场规模达到6811吨，然而，受供应不足的影响，国内碳纤维市场发展相对较为缓慢，预计未来几年，随着供应量的提升，中国碳纤维行业的需求量也将保持着较快速度的增长。
技术的落后直接导致中国碳纤维产品质量与进口产品之间的明显差距，也极大地限制了国产碳纤维产品在高端领域的应用。有数据显示，中国碳纤维产品在应用上集中于低端领域，在碳纤维质量要求较高的航空航天领域的应用比例仅为3%，远远没达到国际上碳纤维行业在航空航天领域应用占比的平均水平;而在质量要求相对较低的运动休闲用品领域，碳纤维的应用比例却高达80%左右，四倍于国际上碳纤维在运动休闲用品领域应用的平均水平。但国产碳纤维落后的技术却制约着中国碳纤维行业健康稳健发展。
中国高性能碳纤维都依赖进口，日本的碳纤维产量更是占全球市场份额的60%。2016年2月15日，中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。

『伍』 碳纤维弓片好还是环氧树脂

至于哪个好，其实也是看使用者用来干什么。
泡沫才是减重提高效率，碳纤维主打的是抗扭。环氧树脂弓片：具有仲羟基和环氧基，仲羟基可以与异氰酸酯反应。环氧树脂作为多元醇直接加入聚氨酯胶黏剂含羟基的组分中，使用此方法只有羟基参加反应，环氧基未能反应。
环氧树脂弓片主要用于涂料行业和电子行业。复合材料成型用环氧（主要应用于电子行业的印刷电路板）占四分之一。