碳纖維生產(chǎn)技術(shù)路線及應(yīng)用領(lǐng)域

碳纖維生產(chǎn)技術(shù)路線及應(yīng)用領(lǐng)域

按原料體系的不同，碳纖維主要分為：黏膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維。一、黏膠基碳纖維黏膠基碳纖維主要用于耐燒蝕材料和隔熱材料，目前,黏膠基碳纖維仍占據(jù)著其他碳纖維不可取代的地位，是重要的戰(zhàn)略物資。在民用市場方面，利用其柔軟與導(dǎo)電性制作電熱產(chǎn)品，利用其孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)和容易調(diào)控的特性制造活性碳纖維系列制品,是良好的環(huán)保材料和醫(yī)用衛(wèi)生材料。黏膠基碳纖維的產(chǎn)量不足世界碳纖維總產(chǎn)量的1%，它雖然不會(huì)有大的發(fā)展,但也不會(huì)被徹底淘汰出局。二、聚丙烯腈基碳纖維

聚丙烯腈基碳纖維是目前的主流，占據(jù)了主要的市場費(fèi)額：1、瓦特的技術(shù)突破打通了制造高性能碳纖維的通道；2、PAN原絲質(zhì)量是制造高性能碳纖維的前提；3、一條龍生產(chǎn)線得到發(fā)展，世界上幾條著名的PAN基碳纖維生產(chǎn)線大多是從原絲開始，直到碳纖維以及中、下游產(chǎn)品開發(fā)。例如：日本東麗、東邦、三菱人造絲公司，美國的赫克利公司和阿莫科公司，以及中國臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)塑都是從聚合、紡絲開始，國外原絲主要生產(chǎn)工藝路線見下表：研制單位溶劑工藝路線紡絲方法日本東麗日本東邦美國ＢＡＳＦ日本三菱人造絲二甲基亞砜氯化鋅水溶液

二甲基乙酰胺二甲基甲酰胺一步法一步法

二步法一步法濕紡濕紡熔紡濕紡濕紡日本愛克綸

英國考特爾茲日本旭化成NaSCN二甲基甲酰胺NaSCN二甲基壓砜二步法二步法一步法二步法濕紡濕紡濕紡干噴濕紡當(dāng)前，ＰＡＮ基碳纖維向兩個(gè)方面發(fā)展：一是提高，二是普及。提高是指小絲束碳纖維（１～２４Ｋ）的質(zhì)量提高，普及是指大絲束碳纖維(48~540K)的產(chǎn)量大幅度增加，價(jià)格日趨下降。三、瀝青基碳纖維1965年,日本群馬大學(xué)的大谷衫郎研制瀝青基碳纖維獲得成功，從此，瀝青成為生產(chǎn)碳纖維的新原料，是目前碳纖維領(lǐng)域中僅次于PAN基的第二大原料路線。

四、碳纖維和深加工制品及其應(yīng)用概況碳纖維長絲預(yù)浸料單項(xiàng)預(yù)浸料（無緯布）雙向預(yù)浸料(帶、布)束絲預(yù)浸料織物二維織物三維織物多維織物短切纖維碳纖維紙粒料微纖（研磨）鍍、噴金屬各種浸漬物短切復(fù)合纖維

包覆塑料導(dǎo)線電纜

五、碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域（一）類別應(yīng)用領(lǐng)域利用碳纖維的特性航天航空飛機(jī)一次結(jié)構(gòu)材料;主翼、尾翼、機(jī)體二次結(jié)構(gòu)材料；輔翼、方向舵、升降舵內(nèi)裝飾材料：舵底板、行李架、廁所、座椅制動(dòng)剎車盤、剎車片隱身材料：結(jié)構(gòu)隱身材料輕量化、耐疲勞、耐熱性宇宙飛行器衛(wèi)星：拋物面天線、太陽能電池梁、殼體結(jié)構(gòu)材料，航天飛機(jī)：機(jī)翼、頭錐、剎車盤耐磨損、導(dǎo)熱性導(dǎo)彈、火箭噴管、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、防熱材料、儀器艙、導(dǎo)彈發(fā)射筒輕量化、耐燒蝕、耐熱其他宇宙空間站、衛(wèi)星發(fā)電站、太空望遠(yuǎn)鏡輕量化、尺寸穩(wěn)定性、耐熱文體器材釣具網(wǎng)拍類高爾夫球其他釣竿、滑輪網(wǎng)球拍、羽毛球拍高爾夫球桿、棒頭冰球棒、滑雪板、自行車、賽車、賽艇、游艇、劃艇、水上劃艇、弓箭、乒乓球拍、冰球鞋輕量化、剛性、敏感性，吸能減震性

碳纖維及其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域（二）應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例利用特性醫(yī)用器材Ｘ衍射儀的床板、頭托、密著板、暗合、ＣＴ板假肢、假手、假眼、人造骨、人造關(guān)節(jié)、人造假牙人造韌帶、肌腱、醫(yī)療電極、醫(yī)療熱袋高比強(qiáng)、高比模、Ｘ射線透過性好、生物相容性好新能源分離油用超級(jí)離心機(jī)轉(zhuǎn)筒、核反映堆第一壁材發(fā)動(dòng)汽車構(gòu)件及儲(chǔ)能飛輪、風(fēng)力發(fā)動(dòng)葉片太陽能發(fā)電板、拋物面激光器、太陽能熱水器燃料電池的電極材料、鉛電池的柵極、鋰電池電極材料海上油田勘探和開采器材以及平臺(tái)、油、氣儲(chǔ)罐及管道高比強(qiáng)、高比模、線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、導(dǎo)電減振土木建筑高層建筑的幕墻、絕熱板、圓頂建筑的橫梁、薄材自動(dòng)門地板、防靜電地板、采暖地板增強(qiáng)混凝土，建筑物的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、修補(bǔ)、維修、加固增強(qiáng)木材復(fù)合材料超長鐵路橋、公路橋和人行橋的橋墩、隧道的加固及超強(qiáng)件，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、建筑結(jié)構(gòu)材料，碳纖維繩索高比強(qiáng)、高比模、耐腐蝕、導(dǎo)電、加工性好汽車與火車傳動(dòng)軸、片簧、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車輪、底盤、保險(xiǎn)桿、制動(dòng)器壓縮天然氣罐（ＣＮＧ）、消聲壁（隔音墻）賽車底盤、氣體及制動(dòng)器線性發(fā)動(dòng)機(jī)牽引機(jī)車、超導(dǎo)列車的支撐件、集裝箱高速列車車廂及制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向架構(gòu)件、自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸高比強(qiáng)、高比模、減振吸能、耐疲勞、耐腐蝕、耐磨損電子電氣及儀器電視天線、拋物面天線、非磁性導(dǎo)線、面狀發(fā)熱體大型電波望遠(yuǎn)鏡、光學(xué)儀器、攝象機(jī)、半導(dǎo)體支架計(jì)算機(jī)和傳真機(jī)等的電磁屏蔽材料、艦船通訊室設(shè)施拾音臂、揚(yáng)聲器喇叭、滑動(dòng)班、磁頭罩、車器構(gòu)件靜電消除刷、柔性刷、電刷高比強(qiáng)、高比模、線膨脹系數(shù)小、電池屏蔽性好、減振機(jī)械紡織機(jī)械的框架、箭桿、梭、模具材料大型造紙機(jī)、印刷機(jī)的滾筒、導(dǎo)輥（羅拉）搬運(yùn)機(jī)械的升降機(jī)箱、電梯構(gòu)件、大吊車車壁空壓機(jī)軸、離心分離轉(zhuǎn)子密封填料、壓力容器高比強(qiáng)、高比模、尺寸穩(wěn)定、耐腐蝕、耐磨損、導(dǎo)熱

其他雨傘、太陽傘的骨架各種加熱器、取暖器治理河流、湖泊污染的凈化材料耐蝕性好、耐候性好、導(dǎo)電性好PAN基碳纖維生產(chǎn)路線空氣合成溶劑→溶劑DMAC↓↓氫→合成氨合成催化劑→引發(fā)劑AIBN↓↓氨合成共聚單體→共聚單體衣康酸↓↓原油→蒸餾→石腦油→分解→丙烷→合成AN→AN聚合1001PAN水 溶劑 紡絲回收工程合成油劑油劑PEO100210011002回收AN回收熔劑 AN熔劑DMAC燃料丙烷廢氣處理工程PAN纖維

燃料無害化氧氣、炭化廢氣 氧氣、炭化1003-1合成碳酸氨電解質(zhì)溶液碳酸氨乙烯合成上漿劑上漿集溶液表面處理上漿劑EP樹脂

乙烯聚合 碳纖維 包裝工程制造紙管紙管PE制膜PE膜收絲,包裝

碳纖維成品碳纖維發(fā)展簡史1860年，斯旺制作碳絲燈泡

1878年，斯旺以棉紗試制碳絲

1879年，愛迪生以油煙與焦油、棉紗和竹絲試制碳絲（持續(xù)照明45小時(shí)）

1882年，碳絲電燈實(shí)用化1911年，鎢絲電燈實(shí)用化

1950年，美國Ｗright--Patterson空軍基地開始研制黏膠基碳纖維

1959年，美國ＵＣＣ公司生產(chǎn)低模量黏膠基碳纖維“Ｔhornel—25”，日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所的進(jìn)藤昭男發(fā)明了ＰＡＮ基碳纖維

1962年，日本碳公司開始生產(chǎn)低模量ＰＡＮ基碳纖維（０.５噸/月）

1963年，英國皇家航空研究所（ＲＡＥ）的瓦特和約翰遜成功地打通了制造高性能ＰＡＮ基碳纖維（在熱處理時(shí)施加張力）的技術(shù)途徑

1964年，英國Ｃourtaulds,Morganite和Roii--Roys公司利用ＲＡＥ技術(shù)生產(chǎn)ＰＡＮ基碳纖維

1965年，日本群馬大學(xué)的大谷杉郎發(fā)明了瀝青基碳纖維美國ＵＣＣ公司開始生產(chǎn)高模量黏膠基碳纖維（石墨化過程中牽伸）

1970年，日本吳羽化學(xué)公司生產(chǎn)瀝青基碳纖維（１０噸/月），日本東麗公司與美國ＵＣＣ進(jìn)行技術(shù)合作

1971年，日本東麗公司工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)PAN基碳纖維（1噸/月），碳纖維的牌號(hào)為T300，石墨纖維為M40

1972年，美國Hercules公司開始生產(chǎn)PAN基碳纖維日本用碳纖維制造釣竿，美國用碳纖維制造高爾夫球棒

1973年，日本東邦人造絲公司開始生產(chǎn)PAN基碳纖維（0.5噸/月）日本東麗公司擴(kuò)產(chǎn)5噸/月

1974年,碳纖維釣竿、高爾夫球棒迅速發(fā)展日本東麗公司擴(kuò)產(chǎn)13噸/月

1975年,碳纖維網(wǎng)球拍商品化美國UCC公司公布利用中間相瀝青制造高模量瀝青基碳纖維“Thornel—P”美國UCC的高性能瀝青基碳纖維商品化

1976年,東邦人造絲公司與美國塞蘭尼斯進(jìn)行技術(shù)合作住友化學(xué)與美國赫格里斯（Hercules）成立聯(lián)合公司

1979年,日本碳公司與旭化成工業(yè)公司成立旭日碳纖維公司

1980年,美國波音公司提出需求高強(qiáng)度、大伸長的碳纖維

1981年,臺(tái)灣臺(tái)塑設(shè)立碳纖研究中心，日本三菱人造絲公司與美國Hitco公司進(jìn)行技術(shù)合作

1984年,臺(tái)灣臺(tái)塑與美國Hitco公司進(jìn)行技術(shù)合作，日本東麗公司研制成功高強(qiáng)中模碳纖維T800

1986年,日本東麗公司研制成功高強(qiáng)中模碳纖維T1000

1989年,日本東麗公司研制成功高模中強(qiáng)碳纖維M60

1992年,日本東麗公司研制成功高模中強(qiáng)碳纖維M70J,楊氏摸量高達(dá)690GPa碳纖維紗鄭州力源結(jié)構(gòu)膠有限公司碳纖維事業(yè)部代理銷售日本、臺(tái)灣、美國產(chǎn)1K、3K、6K、12K、18K、24K碳紗。

規(guī)格每束紗含

單絲數(shù)目拉伸強(qiáng)度(Mpa)拉伸模量

(Gpa)伸長率

(%)線密度

(g/1000m)密度

(g/cm3)單絲直徑

(um)1K100034502301.6661.873K300034502301.51981.876K600034502301.93961.8712K1200046802501.98001.8718K1800048902401.610001.86.524K2400039202351.716001.871k碳纖維平紋布1k碳纖維斜紋布3K碳纖維平紋布3K碳纖維斜紋布3k補(bǔ)強(qiáng)布6K碳纖維平紋布6K碳纖維斜紋布12K碳纖維平紋布12K碳纖維斜紋布12K碳纖維平紋超薄布12K碳纖維超薄型斜紋布\t