碳纤维的发展现状

1、碳纤维的进呈现状碳纤维(carbon fiber)，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的松软可加工性，是一代增加纤维碳，是纤维状的碳素材料，含碳量在 90% 3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)2 倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在 1981 年将聚丙烯腈(PAN)20 1 碳纤维碳纤维最早由美国联合碳化物公司和美国空军材料试验室于19591962年，日本碳公司进展了通用级聚丙烯腈基碳纤维的生产。19711973年投产的。联合碳化物公司生产了高模量沥青基碳纤青基碳纤维为1.28kt。碳纤维一般以力学性能和制造原材料来进展分类。通用型高性能型(HP)

2、1000MPa、模量100GPa左右，高性能型碳纤维又可分为高强型强度2022MPa、模量250GPa和高模型(300GPa以上)。强度大于4000MPa者称为超高强型;模量大于450GPa者称为超高模型。基(纤维素)碳纤维。3种原料碳纤维的主要性能见表1。表13种原料碳纤维的主要性能3612和243648480K等。1K为1000根丝。在聚丙烯腈基(PAN)碳纤维中，日本东丽公司的碳纤维为国际公认的代表性产品，分为T系列(碳化产品)、M系列(石墨化产品)，规格有T300拉伸强度大于3000MPaT700拉伸强度大于4500MPaT800T100拉伸强度大于等。,可加工成织物、毡、席、带、纸及

3、其他材料，如金属涂层。工韧带等身体代用材料等。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增加材料参加到树脂、金属、瓷、混凝土等材汽车板簧和驱动轴等。碳纤维是军民两用材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。一、生产工艺、方法1、粘胶基碳纤维粘胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料，应用于军工(如)和航天1，高达一千多万元。有机粘胶丝转化为无机碳纤维的关键所在，其主要的工艺流程如图2所示。2 粘胶基碳纤维生产工艺流程2、PAN基碳纤维公司和美国阿莫科(Amoco)公司，中国地区的台塑(FormosaPlastics)集团也是从原丝的聚合、纺丝

4、开头。PAN基碳纤维制造的第一步是用丙烯腈(AN)单体制造PAN调整剂，把握相对分子质量的大小在5*106 左右。PAN原丝一般承受二元或三元预氧化处理的目的是使PANPAN基碳纤维产品。丝溶剂有NaSCN、ZnCI2、HNO3、DMF (二甲基甲酰胺)、DMSO (二甲基亚砜)的加工路线。一般来讲，从原丝到碳纤维的工艺流程如图3所示。图3PAN基碳纤维的工艺流程和东邦公司，其他碳纤维企业的生产工艺还在不断完善中。3、沥青基碳纤维1974联合碳化物公司开头了高性能中间相沥青基碳纤维Thornel-35的研制，并取得成Thornel-P碳纤维。石墨化处理、后处理等步骤，其工业工艺步骤如图4所示

5、。图4 沥青基碳纤维的工艺流程喹啉，然后加热到100以上，用不锈钢网或耐热玻璃纤维等进展过滤，过滤必需高沥青软化点，使相对分子质量分布均匀。与其它两种碳纤维不同，可纺沥青在极短的时间固化后就不能再进展拉伸， 得到的沥青纤维格外脆弱。因此，在纺丝时就要求能纺成直径在15 um以下的低纤度纤维，以提高最终碳纤维的强度。沥青基碳纤维的纺丝方法主要有挤压法、不规章的卷曲。沥青纤维的力学性能，增加碳化前的抗拉强度。预氧化分气相法和液相法两种，气相法氧化剂有空气、NO2 、SO3 、臭氧和富氧气体等；液相氧化剂承受硝酸、200400中，要求纤维氧化均匀，不应形成中心过低、边缘过高的皮芯构造。1 200左右

6、进展，而石墨化处理则是在接近3 000的条件下进展。在碳化过程中，分化后的纤维中碳含量可到达92以上，单丝的拉伸强度和模量被增加。为进气氧化法、液相氧化法等。Roberts20222480t。其中日本的吴羽(Mitsubishi Chemica1)(NipponGraphiteFiber Corporation)、PetocaMaterials公司和美国氰特(Cytec)公司等。二、碳纤维的主要生产企业1、海外日本东丽、三菱人造丝和帝人集团东邦耐克丝，德国西格里(SGL)，美国赫、氰特和卓尔泰克是世界七大碳纤维制造商，其中日本的三家公司占有全球碳纤维70%2022年在日本石川县开工生产，建没投

7、资共70亿日元，估量年产预浸料580万m2。SGL集团总部在德国的WiesbadenSIGRI GmbH公司和美国大湖炭素公司(GreatLakes Carbon)在1992年合并成立。它在德国、美国和英国都建有碳纤维生产装置，公司在2022年宣布，到2022年其生产力量将到达12022 t/a。Hexcel成立于1946年，总部在美国的康州，是美国最大的碳纤维生产商，碳Hexcel公司的碳纤维产品包括碳纤维、织物、预浸料及其复合材料，碳纤维共有三个系列九个牌号： AS 系列的高模UHMAS系列碳纤维的拉伸强度在38604207MPa，比日本东丽公司的T300的拉伸强度高，与T300J或T60

8、0S相近。IM系列碳纤维的拉伸强度在41386343MPa，与东丽公司的T600S、T700S、T800H和T1000G相当。1984年从美国Hitco公司引进百吨级碳纤维能已到达6150t，其原丝为公司自行开发成功，但碳纤维的质量还有待提高。表2 海外PAN基碳纤维生产厂家产能2022年，世界聚丙烯腈基碳纤维的产能51.95kt(其1K24K中小丝束产能40.15kt、36K460K大丝束产能11.8kt)，2022年总产能到达62kt，2022年超过80 kt。2、国我国在上世纪60年月就留意到了进展聚丙烯腈碳纤维的重要性。上世纪 70 世纪8080年月末引进一80二甲基亚砜(DMSO)为

9、溶剂的原丝技术争辩。国其他单位，如中科院化学所、中间续开展了以PAN大了对碳纤维进展的支持力度863”工程的推动下，形成了化工大学、中科院煤化所、大学为主要力气的3个有争辩根底，能够在吨级规模上进展聚丙烯腈碳纤维工程化技术争辩的试验基地。国目前碳纤维的总产量在200t左右，主要是小丝束，品质接近或到达T300水平，强度在3.0GPa，但产品质量不稳定，与国外先进水平尚有差距。表3 国碳纤维生产厂家产能(t/a)1、全球需求量将以年均15 -16的高速度增长呈现强劲态势， 2022年总量到达50 kt，2022年将到达67kt。上述应用领域中，需要碳纤维30t，估量到2022年仅在航空器上就需要

10、12.1 kt。2、市场开发将推动碳纤维产业持续高速进展 环境水域和工业污水的净化与渔业养殖。日本自10年前就开头利用碳纤维所特有的生物亲和性进展污水的净化试验，汽车的轻量化为碳纤维的应用供给了机遇。2022 年后将投放市场，以实现汽车的轻量化、节能化与环保化。风能的利用使碳纤维市场空间加大。60m维复合材料是首选。3、国外碳纤维的产能高速扩计，2022年，世界聚丙烯腈基碳纤维的产能51.95 kt，2022年总产能到达62 kt，2022年超过80 kt。四、我国碳纤维进展的问题和前景目前制约我国碳纤维技术进展的主要问题是两大方面 ：原丝生产技术。大差距，大大制约了国产碳纤维的产品质量。耐高温材料及大型高温炉。国产碳化炉目前承受仅能允许在1400 15001800过高，从而使国产纤维与进口纤维的竞争力量下降。设和试车的百吨级以上碳纤维厂家有20少有10家，合计产能到达12kt，但产品质量估量大多在接近或到达T300水平上，(实际产量还需准确统计)，但目前仍存在生产工艺流程长，把握点多，连续稳定已有百余家，2022年的碳纤维