碳纤维分散机

质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维在传统使用中除用作绝热保温材料外。 多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。碳纤维已成为先进复合材料*重要的增强材料。    李佩佩

碳纤维分散机是IKN公司的超高速剪切分散机，具有超高的转速和剪切力。剪切速率可以超过10000rpm，转子的速度可以达到44m/s。在该速度范围内，由剪切力所造成的湍流结合专门研制的电机可以使粒径范围小到纳米级。剪切力更强，乳液的粒径分布就更窄。

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。^[11]

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，*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，*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。

*、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。

碳纤维分散机，就是高效、快速、均匀地将一个相或多个相（液体、固体、气体）进入到另一互不相溶的连续相（通常是液体）的过程。而在通常情况下各个相是互不相溶的。当外部能力输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂等综合作用，形成悬乳液、乳液和泡沫。从而使不相溶的固相、液相、气相在相应成熟工艺和适量添加剂的共同作用下，瞬间均匀精细的分散乳化，经过高频的循环往复，*终得到稳定的高品质产品。

三级高剪切分散机器，主要用于微乳液及超细悬浮液的生产。由于工作腔体内三组分散头（定子+转子）同时工作，乳液经过高剪切后，液滴更细腻，粒径分布更窄，因而生成的混合液稳定性更好。三组分散头均易于更换，适合不同的工艺应用。该系列中不同的型号的机器都有相同的线速度和剪切率，非常易于扩大生产。适宜的温度，压力与粘度参数与DISPERSING一样。也符合CIP/SIP清洁标准，适合食品及医药生产。

特点： 1、处理量大，适合工业化在线连续生产

2、粒径分布范围窄，分散效果佳 

3、省时、高效、节约能耗

4、噪音低，运转平稳

5、消除批次间生产的品质差异

6、无死角，物料100%通过分散剪切

7、水循环机械密封，密封效能好;

8、物料接触面采用316L不锈钢，抛光处理，达到GMP标准;

9、具有短距离、低扬程输送功能

10、使用简单，维修方便。

ERS2000系列设备型号表

ERS2000系列产品与传统的设备对比

• 传统设备需要8小时的分散过程，ERS2000设备1小时就可以完成，更加高效、节能。
• 传统设备的搅拌转速每分钟几十转，带有分散功能的每分钟转速也在1500转之内，而ERS2000系列每分钟转速可达到9000-12000转，更加快速。超高的线速度产生的剪切力，使物料瞬间细化分散，从而获得更高品质的产品。

ERS2000系列与同类设备的对比

• 发热问题。同类设备在加工过程中，高粘物料进入腔体后，因背压力大而输送效果差，导致物料在设备腔体中停留时间过长而导致严重发热。RES2000系列设备在确保效果的基础上，减小了背压阻力，提高了输送能力，减少了停留时间，降低了物料发热的状况。
• 多层多向剪切分散。同类设备定、转子等部件结构单一，多级多层的结构只是单纯的重复性加工，相同的齿槽结构易发生物料未经分散便通过工作腔的短路现象。ERS2000系列定、转子结构采用多层多向剪切的概念，装配式结构使物料得到不同方向的剪切分散，杜绝短路现象，超细分散更加彻底。

ERS2000系列与ER2000系列对比

ER2000系列的线速度为23m/s，而ERS2000系列的线速度为44m/s。所以ERS2000系列的剪切速率更高，剪切分散的效果更好，在结合专门研制的电机后可以是粒径范围小到纳米级。

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