碳纤维产业现状及发展前景.pdf

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1、化学工程师ChemicalEngineer2010年第8期誊文章编号ooo108一oo4-0碳纤维产业现状及发展前景逑周传雷,艾辉,闫永君(1.黑龙江省化-rti~究院,黑龙江哈尔滨150078;2.呼兰产品质量监督检验所。黑龙江哈尔滨150000)摘要:碳纤维是一种力学性能优异的新材料,被誉为“黑色黄金”,是指含碳量高于90%的无机高分子纤维。本文主要结合碳纤维的特性及用途,简述了碳纤维的国内外生产现状及我国发展碳纤维产业的措施及建议。关键词:碳纤维;复合材料中图分类号:TQ342.74文献标识码:AIndu

2、strialstatusofcarbonfiberZH0UChuan—lei.AIHui.YANYong-jun(1HeilongjiangInstituteofChemicalEngineering,Harbin150078,China;2.HulanProductsQualitySupervisionandInspectionInstitute,Harbin150500,China)Abstract:Carbonfiberisakindofnewmaterialwithgoodmechanicalprope

3、rty.ItSakindofinorganicpoly—metfiberwithover90%carboncontentwhichiscalled“blackgold”.Referringtothefeaturesofcarbonfiber,theproducingstatuswasdiscussedbriefly.Thedevelopingmeasuresandsuggestionswerebroughtout.Keywords:carbonfiber;complexmaterial碳纤维是指含碳量高于90%

4、的无机高分子纤高强度纤维为1500Q·cm;维,一般作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混(5)耐高温和低温性好,在3000%非氧化气氛凝土等材料中,构成具有强度高、模量高、重量轻、下不融化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不抗疲劳、耐腐蚀等一系列优异性能的新型复合材脆化;料。碳纤维根据原丝类型可分为聚丙烯腈(PAN)基、(6)耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓HC1、H3PO、沥青基和粘胶基等3种;根据力学性能可分为通用H2SO等侵蚀。型、高性能型两种。目前,全世界碳纤维生产中以聚此外,还有耐油、抗辐射、抗放射、

5、吸收有毒气丙烯腈基为主。高性能碳纤维作为制造先进复合材体和使中子减速等特性。但其耐冲击性较差,容易料最重要的增强材料,世界各国都十分重视其应用损伤,在强酸作用下发生氧化,与金属复合时会发开发,其应用范围也从满足性能要求高的航空、航生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此,碳纤维天领域逐步向民用和文体领域扩展。在使用前须进行表面处理。1碳纤维的主要性能2生产工艺(1)密度小、质量轻,密度为1.5~2g·cm,相当通常用有机物的炭化来制取碳纤维,目前,世于钢密度的、铝合金密度的1/2;界上主要用聚丙烯腈纤维为原料生产

6、碳纤维。碳纤(2)强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,维的品质主要取决于原丝,其生产工艺决定了碳纤弹性回复100%;维的优劣。以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料,干喷湿纺(3)具有各向异性,热膨胀系数小,导热率随温和射频法新工艺正逐步取代传统的碳纤维制备方度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千度的高温法(干法和湿法纺丝)。突然降到常温也不会炸裂;当生产PAN基碳纤维的时候,被称为“母体”的(4)导电性好,25℃时高模量纤维为775·cm~,聚丙烯腈纤维首先要通过聚合和纺纱工艺加工聚丙烯腈而成。然后,将这些母体放

7、入氧化炉中在收稿日期:2010—05—26200~300~C下进行氧化。另外,还要在碳化炉中温作者简介:周传雷(1975一),男,工程师,1999年毕业于北京化工大学度为1000~2000℃进行碳化而制成碳纤维。除了常化学工程学院。2010年第8期周传雷等:碳纤维产业现状及发展前景43规类型的细碳纤维之外,PAN基碳纤维还包括粗纤四院投资4.6亿元建设1000t·a-1碳纤维产业化项维,被称为“人丝束类型碳纤维”,这种粗纤维的生目,预计2010年底建成投产。产成本比较低。具体制法是将原丝纤维加热至高温目前,国内

8、碳纤维的市场需求量以每年11%~后除杂获得。目前,PAN基碳纤维市场用量最大,其15%的速度增长。截至2009年底,国内碳纤维的需按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超求总量已超过8000t,预计2010年将达1万t。高强度4种;按用途可分为宇航级小丝束和工业级4.2国外现状大丝束碳纤维,其中小丝束初期以1、3、6(1K为目前,世界碳纤维生产企业主要有日本的东1000根长丝)为主

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