国内碳纤维材料的生产现状

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1、·222·泸天化科技2011年第3期国内碳纤维材料的生产现状泸天化股份公司技术中心周嵩林摘要碳纤维是指含碳量高于90%的无机高分子纤维，其特点是强度高、模量高、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等。碳纤维材料也渐渐从军事、航天等高科技领域走向民用领域。如今，随着碳纤维逐渐走进人们的生活，碳纤维市场也逐年扩大。国内碳纤维市场低端产品产能过剩，高端产品却依赖进口。本文简述了碳纤维的应用及其市场前景。关键词碳纤维聚丙烯腈PAN原丝低成本1前言易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳［1］碳纤维是指含碳量高于90%的无机高分子纤维在使用前须进行表面处理。纤维，一般作

2、为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、自碳纤维工业化生产以来，世界各国都特别混凝土等材料中，构成具有强度高、模量高、重量重视其应用开发。通常，碳纤维不单独使用，而是轻、抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能的新型复合与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复材料。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是合材料，该复合材料具有轻质、高强、耐高温、耐疲其3倍多;它与凯芙拉纤维(KF－49)相比，不仅劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业杨氏模量是其2倍左右，而且耐蚀性出类拔萃。领域得到广泛应用。随着碳纤维价格的不断降碳纤维根据原丝类型可分为聚丙烯腈(PAN)基、低，其应用范围从满足性能要求高的航空

3、、航天领沥青基和粘胶基等3种;根据力学性能可分为通域逐步向文体和民用领域扩展。用型、高性能型两种。目前，全世界碳纤维生产中以聚丙烯腈基为主。2国内碳纤维材料发展的现状碳纤维的主要性能:－3(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2g·cm，作为目前新型复合材料首选的增强体———碳相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2;纤维是一个高投资、高技术含量的产品，可对于中(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4～5国的企业家来说好像门槛并不那么高，每年都有倍，弹性回复l00%;十几家企业参与进来。但从技术方面来看，碳纤(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随维生产涵盖了高分子、无机和有机化学、材料科学温度

4、升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的等多个学科，以及化学工程、纤维成型、自控、机械高温突然降到常温也不会炸裂;等多项工程技术高度集成，且没有国外样品和技(4)导电性好，25℃时高模量纤维为术作为借鉴，该产品对性能、形态结构、微结构要－1－1775μΩ·cm，高强度纤维为1500μΩ·cm;求很高，技术流程很复杂。①纺丝除考虑成本和(5)耐高温和低温性好，在3000℃非氧化气力学性能外，还要考虑界面问题，如果碳纤维和树氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，脂基体表面结合不好，性能再高也无济于事;②碳也不脆化;纤维的碳化过程是制约其产业化工艺的关键问(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓HC

5、l、题，涉及相互独立、相互制约的参数非常多;③在H3PO4、H2SO4等侵蚀。制备技术方面，要具备较好的单元技术基础，还有此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气赖于技术的集成和装备的整体技术水平。此外，体和使中子减速等特性。但其耐冲击性较差，容与国外相比我国碳纤维发展在聚合的可控性、稳2011年第3期国内碳纤维材料的生产现状·223·定化、高倍拉伸氧化控制、上浆剂、设备国产化、降聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为［2］低能耗物耗、环保等方面显得较为薄弱。了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常“十二五”期间，国家对包括碳纤维在内的高采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求性能纤维

6、产品在工业领域应用发展进行了立项和是:杂质、缺陷少;细度均匀，并越细越好;强度高，重点部署，积极研制高质量、高性能碳纤维产品，毛丝少;纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越并不断拓展其在军用、航空航天、能源、环保、汽好，通常大于80%;热转化性能好。车、造船、桥梁、建筑、抽油杆、民用等方面的应用。此外，预计未来几年碳纤维增强材料在汽车行业、轨道交通、风电等领域将迎来新的市场机遇。表1我国大陆主要PAN基碳纤维生产及拟/在建项目统计t/a生产企业原丝产能碳纤维产能备注大庆石化腈纶厂5000意向吉林碳素厂25原丝生产15(PAN)吉研高科技纤维有限公司生产16(胶粘)吉林石化公司研究院10生产吉林市航

7、源碳纤维有限公司250100在建［3］图1DMSO湿纺一步法碳纤维生产流程吉林化纤1000意向沈阳中恒新材料有限公司1500500在建大连兴科碳纤维有限公司360生产生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是:先由丙山西煤化工研究所105(3K)生产烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲山西恒天纺织新纤维科技有限公司200在建叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子已建河北硅谷化工公司32001200