中间相沥青基碳纤维的工程化制备
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M40/M40J已基本实现国产，其余 有待突破
2.0-3.6 800-1024 10-20万
国内目前仍无法产业化，美 日战略封锁
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
质量轻
强度大
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
模量高
高导热
必要性
牵伸
难点总结 上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
01 原料筛选和聚合 原料十分关键，直接决定成品碳纤维的性能。
难点
02 连续长丝纺丝技术 中间相沥青纤维原丝强度极低，几乎为零，一定牵伸张力下连续纺丝十分困难。
03 后处理技术 连续预氧化、碳化和石墨化技术，尤其是牵伸和张力控制技术工艺。
传统金属材料和PAN基碳纤维复合材 料无法满足大型工业罗拉对低惯性、 高刚性、低垂度的严格要求。
高铁高压受电弓滑板要求材料 兼具高导电和超耐磨性能。
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维机器人手臂克服 了传统金属材料制作的机械手臂在较 大温差下所产生的蠕变、挠度大、大 位移下振动大，指向不精确等问题，
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料具有高 导热特性和耐烧蚀性能，可以用于超 高音速飞行器的喙端材料。
高性能沥青基碳纤维，不但强度高重 量轻，而且在高温下其模量几乎不受 影响，是理想的炮筒材料。
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续长丝生产线
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
公用工程
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
制备高性能沥青基碳纤维的前驱 体沥青，制备的锂电池负极材料 可大大提高锂电池的充电效率和 充放电次数。
必要性
航天急需
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
1 超高模量能满足固体火箭发动机壳体、航天飞机主结构件、卫星和空 间站主结构件的要求； 2 超高导热可实现有效导热、散热，并大幅度降低热控系统质量的目的； 3 负膨胀系数使其作为增强体可制备出热膨胀系数为零的复合材料结构， 实现卫星构件的高成型精度与服役过程中的高稳定性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
低膨胀系数
衰减震动
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
低形变
导电吸波
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料可以用 作航天飞机舱门、飞机机身、尾部、 绝热壳体、喷管喉衬等。
碳纤维（CF）是一种含碳量在94%以上的高性能纤维材料，主要分为 聚丙烯腈（PAN）基碳纤维和沥青基碳纤维，沥青基碳纤维又分为通用级 和高性能沥青基碳纤维，中间相沥青基碳纤维即为高性能沥青基碳纤维。
碳纤维
沥青基 PAN基
高性能 通用级
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
K13712/K13C6 U/P120S/XN90 /K13D2U/K110
0
强度（GPa） 模量（GPa） 价格（元/公斤）
国内现状
3.6-6.3 230-294 100-2000、T1000未知
除T1000外，国内均建立了一 定产能的生产线
2.7-4.3 375-588 8000-12000，M55J/M60J未知
上海交通大学高模新材料研究中心
连续纺丝难点上海高强高模新材料科技有限公司
4 油剂选择---集束、保护。不上油则发生黏连，无法放丝
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续预氧化、碳化、石墨化难点
图表标题
图表标题
300
200 100
1331.6671.8182.0722.2312.1842.192.2822242.2552.3372372.4602.3892242.0118897.055..43
100ห้องสมุดไป่ตู้
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718
氧化炉温区温度分布曲线示例2
图表标题
图表标题
800 600 400
3834.5205.2715.4775.6805.6525.6145.7475.9426.0156.2196.4186.7757.1637.2856.928654.6598620.7..62
1 反应条件---原料不同，聚合工艺不同，相应控制条件也不 尽相同
2 中间相指标---中间相含量、灰分、软化点、可纺性、喹啉 不溶物、甲苯不溶物等等
3 验证---中间相含量高不一定可纺，可纺不一定有反应活性， 有反应活性但制备的碳纤维性能不一定好
聚合难点
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
50%含量中间相 中间相浸渍剂
可纺中间相
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续纺丝难点
1 断头控制---取决于原料品质、纺丝系统和工艺条件的控制
上海交通大学高模新材料研究中心
连续纺丝难点上海高强高模新材料科技有限公司
2 长度---一般要求连续长度大于500米 3 取向---直接关系到成品碳纤维性能、非常重要
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
氧化炉温区温度分布曲线示例1
300
200
2152.3862.5412.5942.5672.5942.512.5632.5302.4262.4962.4462.46422.3321024.7.13 178
137
上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目办公楼厂房上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目聚合反应釜上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目纺丝机上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目连续长丝生产线上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目连续长丝生产线上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目连续长丝生产线上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目公用工程上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展型号强度gpa模量gpa断裂伸长规格备注hshm5002151204124016k18年量产hshm600246050441016k18年量产hshm8002880003560616k18年量产hshm9003190003460016khshm10003392503580013k产品上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展高性能沥青基碳纤维高性能低成本单向布织物复合材料制品中间相下游产品上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司发展规划中间相沥青基碳纤维的国产化将打破国际战略封锁满足国内航天军工的急需满足国防事业的战略需求
沥青精制 表面处理 断丝处理 上浆剂选择 纤维结构控制 测试表征
其它问题
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
3
进展
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
01
我国从八九十年代就开始进行相关工作，很多院校和科研机构进行了大量相关 的研究工作，只是目前还未见有工业化生产的消息报道。
中间相沥青基碳纤维的工程化制备
刘怀成
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
一 必要性 二 关键问题 三 进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
1
必要性
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料对增大 导弹射程、提高精度意义非常显著， 弹头和上面级发动机惰性质量每减少l kg，可使洲际导弹射程增大20km。
高性能沥青基碳纤维复合材料结构具 有承载和减少雷达比反射面的双重功 能，是功能与结构一体化的优良微波 吸收材料。
办公楼、厂房
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
聚合反应釜
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
纺丝机
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料可用于 制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面 板、基板、相机镜筒、天线反射器和 抛物面天线等结构部件。
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
运载火箭应用高性能沥青基碳纤维复 合材料的主要部件是固体发动机(固体 助推器和上面级发动机)壳体。
空间探测器要求材料同时满足强度和 刚度条件，典型的应用实例探测器的 碟形天线和高增益天线反射器等。
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续长丝生产线
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续长丝生产线
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
原料选择难点
原则---挑选出可制备中间相含量高、灰分低、软化点适中、 可纺、反应活性高的中间相沥青所需要的原料
问题---原料种类多，对于什么原料一定可以制备成可用的 中间相，目前尚无经验数据支撑
聚合难点
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
02
上海交通大学高模新材料研究中心提供技术支持，上海高强高模新材料科 技有限公司完成吨级中试，打通了从原料制备到碳纤维成品的整套工艺流 程，建成500吨/年工业化生产线，其中高模量高导热碳纤维100吨/年， 高模量低成本碳纤维400吨/年。
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
2
关键问题
原料筛选
制备工艺
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
净化
前驱体制备 精制
改性
可纺组分筛选 二级萃取 一级萃取 二段聚合 一段聚合
纺丝
预氧化
低温碳化 高温碳化 石墨化
收丝 表面处理 烘干
上胶 烘干
水洗
碳纤维（阶段III）XN-90
K13D2U
K63A12
拉 伸 强 度 拉 伸 模 量 热 导 率 生产企业
（GPa）
（GPa） （W/m·K）
3.53
230
10
4.90
230
9
日本东丽
5.49
294
35
4.41
377
68
4.02
540
155
日本东丽
3.92
588
151
3.79 2.2
1000
1100
827
640
美国Amoco
3.3
788
320
3.27
886
500
日本石墨
3.7
900
800
3.02
367
796
三菱化学
国产化必要性
国际封锁
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
我国没有工业化量产高性能沥青基碳纤维，目前仅有美国和日本的三 家企业可以工业化生产。美、日为代表的西方国家将高性能沥青基碳 纤维作为战略物资，对我国从原料、技术、设备到产品全面封锁。
国产化必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
航天用碳纤维发展阶段与主要性能
碳纤维系列 牌号
T系列PAN基碳 纤维（阶段I）
T300 T700S T800H
M系列PAN基碳 纤维（阶段II）
M40J M55J M60J
K1100
P-120S
中 间 相 沥 青 基 XN-80
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
代表产品
高强（PAN）
高强高模（PAN）
超高模量（沥青基）
日本东丽
T300/T400/T 700/T800/T1
000
日本东丽
M40/M40J/M46J/ M50/M50J/M55J
M60J
日本三菱 化学株式 会社、日 本石墨纤 维公司、 美国氰特
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
原料选择难点
萘合成沥青---对催化剂和聚合工艺要求高，可制备高模量 高导热碳纤维
煤沥青---杂质含量高，组分复杂，对精制改性要求高，易 制得高模量碳纤维
石油沥青---种类多，芳烃含量不一，对聚合条件的控制要 求较高，易制得高导热碳纤维
碳化炉温区温度分布曲线示例1
碳化炉温区温度分布曲线示例2
1 温区分布
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续预氧化、碳化、石墨化难点
2温度上限---主要指石墨化炉温度上限
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续预氧化、碳化、石墨化难点
3 速度张力控制---制备形貌完好、性能优良的沥青基碳纤维
200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819
1500 1000
500 0
49518.2772.3788.5844.3818.3819.5849.3971.6902.6943.894.8977.9909.5180.9150597138667 1 3 5 7 9 11 13 15 17
2.0-3.6 800-1024 10-20万
国内目前仍无法产业化，美 日战略封锁
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
质量轻
强度大
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
模量高
高导热
必要性
牵伸
难点总结 上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
01 原料筛选和聚合 原料十分关键，直接决定成品碳纤维的性能。
难点
02 连续长丝纺丝技术 中间相沥青纤维原丝强度极低，几乎为零，一定牵伸张力下连续纺丝十分困难。
03 后处理技术 连续预氧化、碳化和石墨化技术，尤其是牵伸和张力控制技术工艺。
传统金属材料和PAN基碳纤维复合材 料无法满足大型工业罗拉对低惯性、 高刚性、低垂度的严格要求。
高铁高压受电弓滑板要求材料 兼具高导电和超耐磨性能。
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维机器人手臂克服 了传统金属材料制作的机械手臂在较 大温差下所产生的蠕变、挠度大、大 位移下振动大，指向不精确等问题，
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料具有高 导热特性和耐烧蚀性能，可以用于超 高音速飞行器的喙端材料。
高性能沥青基碳纤维，不但强度高重 量轻，而且在高温下其模量几乎不受 影响，是理想的炮筒材料。
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续长丝生产线
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
公用工程
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
制备高性能沥青基碳纤维的前驱 体沥青，制备的锂电池负极材料 可大大提高锂电池的充电效率和 充放电次数。
必要性
航天急需
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
1 超高模量能满足固体火箭发动机壳体、航天飞机主结构件、卫星和空 间站主结构件的要求； 2 超高导热可实现有效导热、散热，并大幅度降低热控系统质量的目的； 3 负膨胀系数使其作为增强体可制备出热膨胀系数为零的复合材料结构， 实现卫星构件的高成型精度与服役过程中的高稳定性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
低膨胀系数
衰减震动
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
低形变
导电吸波
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料可以用 作航天飞机舱门、飞机机身、尾部、 绝热壳体、喷管喉衬等。
碳纤维（CF）是一种含碳量在94%以上的高性能纤维材料，主要分为 聚丙烯腈（PAN）基碳纤维和沥青基碳纤维，沥青基碳纤维又分为通用级 和高性能沥青基碳纤维，中间相沥青基碳纤维即为高性能沥青基碳纤维。
碳纤维
沥青基 PAN基
高性能 通用级
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
K13712/K13C6 U/P120S/XN90 /K13D2U/K110
0
强度（GPa） 模量（GPa） 价格（元/公斤）
国内现状
3.6-6.3 230-294 100-2000、T1000未知
除T1000外，国内均建立了一 定产能的生产线
2.7-4.3 375-588 8000-12000，M55J/M60J未知
上海交通大学高模新材料研究中心
连续纺丝难点上海高强高模新材料科技有限公司
4 油剂选择---集束、保护。不上油则发生黏连，无法放丝
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续预氧化、碳化、石墨化难点
图表标题
图表标题
300
200 100
1331.6671.8182.0722.2312.1842.192.2822242.2552.3372372.4602.3892242.0118897.055..43
100ห้องสมุดไป่ตู้
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718
氧化炉温区温度分布曲线示例2
图表标题
图表标题
800 600 400
3834.5205.2715.4775.6805.6525.6145.7475.9426.0156.2196.4186.7757.1637.2856.928654.6598620.7..62
1 反应条件---原料不同，聚合工艺不同，相应控制条件也不 尽相同
2 中间相指标---中间相含量、灰分、软化点、可纺性、喹啉 不溶物、甲苯不溶物等等
3 验证---中间相含量高不一定可纺，可纺不一定有反应活性， 有反应活性但制备的碳纤维性能不一定好
聚合难点
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
50%含量中间相 中间相浸渍剂
可纺中间相
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
连续纺丝难点
1 断头控制---取决于原料品质、纺丝系统和工艺条件的控制
上海交通大学高模新材料研究中心
连续纺丝难点上海高强高模新材料科技有限公司
2 长度---一般要求连续长度大于500米 3 取向---直接关系到成品碳纤维性能、非常重要
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
氧化炉温区温度分布曲线示例1
300
200
2152.3862.5412.5942.5672.5942.512.5632.5302.4262.4962.4462.46422.3321024.7.13 178
137
上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目办公楼厂房上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目聚合反应釜上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目纺丝机上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目连续长丝生产线上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目连续长丝生产线上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目连续长丝生产线上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展上海高强高模新材料科技有限公司500吨年中间相沥青基碳纤维项目公用工程上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展型号强度gpa模量gpa断裂伸长规格备注hshm5002151204124016k18年量产hshm600246050441016k18年量产hshm8002880003560616k18年量产hshm9003190003460016khshm10003392503580013k产品上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司国产化进展高性能沥青基碳纤维高性能低成本单向布织物复合材料制品中间相下游产品上海交通大学高模新材料研究中心上海高强高模新材料科技有限公司发展规划中间相沥青基碳纤维的国产化将打破国际战略封锁满足国内航天军工的急需满足国防事业的战略需求
沥青精制 表面处理 断丝处理 上浆剂选择 纤维结构控制 测试表征
其它问题
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
3
进展
国产化进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
01
我国从八九十年代就开始进行相关工作，很多院校和科研机构进行了大量相关 的研究工作，只是目前还未见有工业化生产的消息报道。
中间相沥青基碳纤维的工程化制备
刘怀成
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
一 必要性 二 关键问题 三 进展
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
1
必要性
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料对增大 导弹射程、提高精度意义非常显著， 弹头和上面级发动机惰性质量每减少l kg，可使洲际导弹射程增大20km。
高性能沥青基碳纤维复合材料结构具 有承载和减少雷达比反射面的双重功 能，是功能与结构一体化的优良微波 吸收材料。
办公楼、厂房
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
聚合反应釜
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
纺丝机
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
高性能沥青基碳纤维复合材料可用于 制造卫星和空间站的承力筒、蜂窝面 板、基板、相机镜筒、天线反射器和 抛物面天线等结构部件。
必要性
上海交通大学高模新材料研究中心 上海高强高模新材料科技有限公司
运载火箭应用高性能沥青基碳纤维复 合材料的主要部件是固体发动机(固体 助推器和上面级发动机)壳体。
空间探测器要求材料同时满足强度和 刚度条件，典型的应用实例探测器的 碟形天线和高增益天线反射器等。
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
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连续长丝生产线
上海高强高模新材料科技有限公司500吨/年中间相沥青基碳纤维项目
国产化进展
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连续长丝生产线
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原料选择难点
原则---挑选出可制备中间相含量高、灰分低、软化点适中、 可纺、反应活性高的中间相沥青所需要的原料
问题---原料种类多，对于什么原料一定可以制备成可用的 中间相，目前尚无经验数据支撑
聚合难点
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02
上海交通大学高模新材料研究中心提供技术支持，上海高强高模新材料科 技有限公司完成吨级中试，打通了从原料制备到碳纤维成品的整套工艺流 程，建成500吨/年工业化生产线，其中高模量高导热碳纤维100吨/年， 高模量低成本碳纤维400吨/年。
国产化进展
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2
关键问题
原料筛选
制备工艺
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净化
前驱体制备 精制
改性
可纺组分筛选 二级萃取 一级萃取 二段聚合 一段聚合
纺丝
预氧化
低温碳化 高温碳化 石墨化
收丝 表面处理 烘干
上胶 烘干
水洗
碳纤维（阶段III）XN-90
K13D2U
K63A12
拉 伸 强 度 拉 伸 模 量 热 导 率 生产企业
（GPa）
（GPa） （W/m·K）
3.53
230
10
4.90
230
9
日本东丽
5.49
294
35
4.41
377
68
4.02
540
155
日本东丽
3.92
588
151
3.79 2.2
1000
1100
827
640
美国Amoco
3.3
788
320
3.27
886
500
日本石墨
3.7
900
800
3.02
367
796
三菱化学
国产化必要性
国际封锁
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我国没有工业化量产高性能沥青基碳纤维，目前仅有美国和日本的三 家企业可以工业化生产。美、日为代表的西方国家将高性能沥青基碳 纤维作为战略物资，对我国从原料、技术、设备到产品全面封锁。
国产化必要性
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航天用碳纤维发展阶段与主要性能
碳纤维系列 牌号
T系列PAN基碳 纤维（阶段I）
T300 T700S T800H
M系列PAN基碳 纤维（阶段II）
M40J M55J M60J
K1100
P-120S
中 间 相 沥 青 基 XN-80
必要性
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代表产品
高强（PAN）
高强高模（PAN）
超高模量（沥青基）
日本东丽
T300/T400/T 700/T800/T1
000
日本东丽
M40/M40J/M46J/ M50/M50J/M55J
M60J
日本三菱 化学株式 会社、日 本石墨纤 维公司、 美国氰特
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原料选择难点
萘合成沥青---对催化剂和聚合工艺要求高，可制备高模量 高导热碳纤维
煤沥青---杂质含量高，组分复杂，对精制改性要求高，易 制得高模量碳纤维
石油沥青---种类多，芳烃含量不一，对聚合条件的控制要 求较高，易制得高导热碳纤维
碳化炉温区温度分布曲线示例1
碳化炉温区温度分布曲线示例2
1 温区分布
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连续预氧化、碳化、石墨化难点
2温度上限---主要指石墨化炉温度上限
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连续预氧化、碳化、石墨化难点
3 速度张力控制---制备形貌完好、性能优良的沥青基碳纤维
200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819
1500 1000
500 0
49518.2772.3788.5844.3818.3819.5849.3971.6902.6943.894.8977.9909.5180.9150597138667 1 3 5 7 9 11 13 15 17