聚丙烯腈基碳纤维的发展现状

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碳纤维发展现状及其发展趋势

碳纤维开展现状及其开展趋势0 引言高性能纤维是指耐热好、质量轻、强度高、高模量的特种纤维材料。

作为高性能纤维的一种,碳纤维既有碳材料的固有本征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代军民两用新材料,已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。

碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。

它是利用各种有机纤维在惰性气体中、高温状态下碳化而制得。

碳纤维具有十分优异的力学性能，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量的纤维，特别是在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的物质，是其他主要构造材料〔金属及其合金〕所无法比较的。

除了优异的力学性能外，碳纤维还兼具其他多种优良性能，如低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热传导性高、热膨胀系数低、光穿透性高，非磁体但有电磁屏蔽性等。

作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。

因此，碳纤维被认为是高科技领域中新型工业材料的典型代表，为世人所瞩目。

碳纤维产业在兴旺国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面，发挥着非常重要的作用，对我国产业构造的调整和传统材料的更新换代也有重要意义，对国防军工和国民经济有举足轻重的影响。

1 国内外碳纤维的开展现状1.1 国外碳纤维的开展现状碳纤维的起源可追溯到19世纪后期，美国人爱迪生〔Edson〕用碳丝制作灯泡的灯丝，从而创造了电灯，给人类社会带来了光明。

但是在20世纪初期，美国通用电器公司的库里基〔Coolidge〕创造了用钨丝取代碳丝作为灯丝，并一直沿用至今。

这使得碳丝一度退出了历史舞台。

直到20世纪50年代，在美苏冷战和争霸的时代背景下，为了解决战略武器的耐高温和耐烧蚀材料，碳纤维再次进入人们的关注视角。

高科技纤维应用领域及在我国的发展现状

高科技纤维应用领域及在我国的发展现状高科技纤维又称特种纤维，按性能划分有五大类：耐强腐蚀含氟类纤维、耐高温纤维、阻燃纤维、高强高模纤维和功能纤维。

其中，高强高模纤维特别是聚丙烯腈基碳纤维和对位或间位芳酰胺纤维（芳纶）最为重要。

早在20世纪80年代初，以美、日为代表的发达国家对化纤的发展作了重要战略转移，开始把投资重点由传统化纤转向高科技纤维。

21世纪发达国家高科技纤维的发展可望继续加速，一些通用化纤生产线不断转产高科技纤维，新工艺、新技术和新产品将不断涌现。

而我国在这方面的研究开发落后于发达国家约20年。

由于发展高科技纤维有着极其重要的战略意义，专家呼吁我国应重视高科技纤维特别是碳纤维的科技攻关和产业化。

其重要意义并不亚于纳米材料，对提升国民经济的整体素质和改造传统产业有着重要作用。

高科技纤维应用领域广泛高科技纤维是具有高附加值和高收益的产品。

以美国为例，1984年高科技纤维产量占化纤总产量的1.6％，而产值却占12.6％；到1998年，其产量所占比例上升至2.4％，而产值却占化纤总产值的20.4％。

尽管这些高科技纤维的前期开发投入较大，但后期回报也高。

在前些年世界经济低弥时期，高科技纤维却供不应求，成为支撑收益的中坚产品。

高科技纤维也是支撑高科技产业发展的重要基础材料，是运载火箭和导弹、各类航天器、宇宙站、人造卫星、宇航服、喷气式客机和战斗机、船舶、超高速列车、医学和生物工程等的关键材料。

同时，也能满足许多传统产业特别是支柱产业更新换代的需要。

例如，环保节能型新一代汽车，其高速飞轮转子、压缩天然气罐、高速子午胎、发动机耐热传感器、轻量传动轴、弹簧板以至车体，皆采用高性能纤维复合材料。

在新建建材领域，高强高模纤维增强水泥、复合材料型材、混凝土结构物的加固修复用片材、大跨度斜拉桥和悬索桥用代钢索缆绳、拉挤成型代钢筋材料等，都采用高性能纤维。

在电子和信息产业领域，柔性印刷线路板基板、光缆及其补强材料、塑料光纤计算网络、防辐射手机外壳、电磁波屏蔽材料、防尘静电工作服、超净室高效空气滤材，都需要各种高性能纤维和功能纤维。

聚丙烯腈基碳纤维简介及其发展概况

聚丙烯腈基碳纤维简介及其发展概况摘要：聚丙烯腈基碳纤维为人造合成纤维，是一种力学性能优异的新材料，在航空航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。

生产碳纤维采用特殊组分且性能优异的专用PAN基纤维即ＰＡＮ原丝。

本文简要介绍国内外PAN基碳纤维的发展概况和现状，ＰＡＮ基碳纤维的应用，重点介绍了PAN基碳纤维的结构、性能、纺丝、制备等技术，以及分析我国碳纤维与世界先进国家之间的差距及存在的问题且提出一些建设性意见。

关键词：聚丙烯腈基碳纤维纺丝国内外发展比较差距碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90％以上，成为最主要的品种。

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。

碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。

PAN基生产工艺简单，产品综合性能好，因而发展很快，产量占到９０％以上，成为最主要的的品种。

一、碳纤维及其发展史1.1碳纤维的先驱——斯旺和爱迪生碳纤维的起源可追溯到１９世纪６０年代，１８６０年，英国人约瑟夫·斯旺用碳丝制作灯泡的灯丝早于美国人爱迪生。

十九世纪后期他俩各自设计出了白炽灯泡．他是研制碳丝的第一人，同时他的利用挤压纤维素成纤技术为后来合成纤维的问世起到了启迪作用。

爱迪生解决了碳丝应用与白炽灯的灯丝问题，他发明的电灯，这也是碳丝第一次得到了实际应用。

１９１０年库里奇发明了拉制钨丝取代了碳丝作为灯丝，从此碳丝的研制工作停止了下来。

指导了２０世纪５０年代碳丝的研制又重新出现在现在的材料科学的舞台上，但研究的目的是为了解决战略武器的耐高温和耐烧耐腐蚀材料，今天的碳纤维已经形成了一个举足轻重的新型材料体系，已广泛应用于航空、军事和民用工业领域，而且仍在强劲发展．1.2碳纤维的三大原料路线黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维，其中以聚丙烯腈基碳纤维应用最为广泛，也是本文将要为大家介绍的。

世界聚丙烯腈基碳纤维的新形势

且目前的销售量占世界的３０％左右，其中高端产品约占全球市场（２０１２年约为２．５７／ｔ）的４５％。并且在２０１３ｆ９月东丽集团进一步拿出５．８４亿美元，收购了世界最大的大丝束ＰＡＮ—ＣＦ厂家美国ＺＯｔｔｅｋ公司，一举成为世界超级碳纤维厂家，拉大了与其他竞争对手的差距。在碳纤维技术储备方面，东丽
丝束ＰＡＮ—ＣＦ的总产能遥遥领先，而
进。德国的大型风电装置在２０１２年
和２０１３年的新增装机容量约各为１４１５Ｍｗ和３２００ＭＷ，而英国目前现有风电装置４５１０个，将再建大型风电装置ｌ１８３个，而且以海上风电场为
合材料制品的超大型企业，提高国际竞争力
表１示出日本３ｇ公司为确保与新兴国家包括中国、韩国、印度、沙特、
土耳其等国迅速崛起的ＰＡＮ—ＣＦ产业的竞争优势，今后７～８年间产能拓
种最全、性能档次最高、生产基地和销售网点最广的超级企业。我国近２年内，ＰＡＮ—ＣＦ的研发和产业化普遍获得了长足进步，２０１３年约有４～５家企业突破了Ｔ８００级的
突破３０００ｔ。
来确保在未来市场中占有一席之地，并保持可持续发展。２０１３ｆ，国际碳

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料

生产工艺改进
针对PAN基碳纤维复合材料生产过程中存在的能耗高、污染重等问题，研究者们不断改进生产工艺，提高生产效率和环保性。
未来发展趋势预测与挑战分析
高性能化
未来PAN基碳纤维复合材料将继续向高性能化方向发展，以满足高端应用领域对材料性能的更高要求。
绿色环保
随着环保意识的提高，PAN基碳纤维复合材料的绿色生产将成为未来发展的重要趋势，包括采用环保原料、优化生产工艺等。
耐疲劳性
碳纤维复合材料具有良好的耐疲劳性能，能够承受长期的交变载荷作用。
热稳定性及耐候性评估
热稳定性
PAN基碳纤维在高温下能够保持较好的稳定性，不易发生热分解或氧化反应。
耐候性
碳纤维复合材料具有良好的耐候性能，能够抵抗紫外线、酸雨等自然环境的侵蚀。
耐腐蚀性
由于碳纤维的化学稳定性较高，因此它对于多种化学物质都具有良好的耐腐蚀性。
汽车工业领域应用
轻量化
碳纤维复合材料具有密度小、比强度高、比模量高等优点，是实现汽车轻量化的理想材料，可用
于车身、底盘等结构件。
安全性
碳纤维复合材料在碰撞时能够吸收大量能量，提高汽车的安全性。
舒适性
碳纤维复合材料具有良好的阻尼性能，能够降低汽车行驶过程中的振动和噪音，提高乘坐舒适性。
体育器材领域应用
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料的制备工艺主要包括原丝制备、预氧化、碳化、石墨化等步骤，通过控制工艺参数可以得到不同性能的复合材料。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料在航空航天、汽车、体育器材、建筑等领域具有广泛的应用前景，如飞机结构件、汽车轻量化部件、高性能运动器材等。
02
CATALOGUE

无人机用碳纤维复合材料的性能及应用现状

0引言无人机技术自诞生以来，轻量化一直是该研发领域追求的目标，碳纤维复合材料与传统金属材料相比，具有质量轻、强度高、耐疲劳等优点，因此碳纤维复合材料在无人机上的应用成为无人机领域主要的研究方向［1］。

碳纤维复合材料应用于无人机结构件的制造，能极大地改善和提高无人机的性能。

近年来，世界各国在无人机制造中大量使用碳纤维复合材料，使用量占其结构总量的60%～80%，可使机体减重25%以上［2］。

碳纤维树脂基复合材料是应用最广泛的碳纤维复合材料，由碳纤维与树脂复合而成，可增强机体的结合程度，提升材料的力学性能。

韩艳霞［3］采用环氧树脂基对碳纤维进行铺层设计，并采用有限元分析碳纤维树脂基复合产品，证实其具有优异的力学性能。

碳纤维复合材料作为一种特殊材料，其加工需要采用特殊的工艺。

刘向等［4］研究一种新型的无人机机翼一体成型技术，采用该技术的机翼表面均匀性好、平整度高、不易断裂，提高了机翼的整体性及使用寿命。

我国碳纤维复合材料的研发起步虽然较晚，但是经过科研工作者多年的努力，已拥有生产碳纤维复合材料的自主产权，并且应用碳纤维复合材料制造的无人机在农林植保、电力巡检、地理测绘、航拍等领域得到成熟的应用。

1碳纤维的制备过程碳纤维是高分子有机母体纤维在特定条件下进行热解制得到的一种新型纤维状材料，其含碳量在90%以上。

目前，碳纤维工业化生产采用的母体纤维主要有聚丙烯腈（PAN）纤维、沥青纤维和粘胶纤维，由这三大纤维生产出的碳纤维分别称为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。

沥青基碳纤维虽然碳化收率高、原料来源丰富、成本低，但是强度较低，因此其应用受到一定的限制；粘胶基碳纤维不仅制造工艺复杂，而且碳化收率低、产量小，成本相对较高；聚丙烯腈基碳纤维生产工艺简单，产品具备优异的力学性能，因此应用广泛，在市场中占据主流地位。

聚丙烯腈基碳纤维的制备过程分为预氧化、碳化、石墨化3个阶段。

1.1预氧化阶断（第一阶段）PAN原丝的预氧化一般在180～300℃的空气中进行。

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用

聚丙烯腈（PAN）基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用徐志鹏北京化工研究院摘要自2007年国务院公布国产大飞机战略以来，这一领域的发展获得了持续的关注。

然而当今的国际大飞机市场被波音和空客两大公司所垄断，国产大飞机想要赢得市场面临多方面的挑战，其中之一就是高性能复合材料的应用。

聚丙烯腈基碳纤维复合材料诞生五十多年以来，发展迅猛，已经从传统的航空航天领域逐渐向汽车、风电等领域拓展市场，未来市场潜力巨大。

而目前中国仅能生产相当于T300,T700性能的碳纤维，不仅无法满足国产大飞机的材料需求，而且该领域的技术短板也限制了很多行业的发展。

本文在综合了前人研究成果的基础上，介绍了碳纤维的发展历程，PAN基碳纤维的关键技术和碳纤维复合材料在商用大飞机上的应用情况。

笔者认为，有市场竞争力的国产大飞机必须大量使用高质量的碳纤维复合材料，而突破PAN基碳纤维复合材料技术壁垒的关键在于生产高质量的碳原丝，其技术突破点在于干喷湿纺和凝胶纺丝生产技术的掌握与改进。

关键字：PAN基碳纤维，大飞机，碳原丝，干喷湿纺, 凝胶纺丝ABSTRACTLarge Plane Project has been fascinating Chinese public for years since its first announcement by State Council in 2007. China-made large plane is now facing varieties of challenge, while Boeing and Airbus are on the monopoly of market, one of the main challenge is the application of carbon fiber composite material. PAN based carbon fiber composite has witnessed a boost since it’s born in the past 50years, and now is expanding its application from space project to automobile and wind power generation projects. Carbon fiber industry in China cannot satisfy the demand of large plane project and many other industrial demands, because we can only made carbon fiber as well as T300 and T700 by our self. This article introduced the history of carbon fiber, key technology of PAN based carbon fiber and how PAN based carbon fiber is used in commercial large aircrafts. The author of this article believes the China-made large plane must use plenty of carbon fiber based composite to win the market and the key technology we need to break through is dry-wet spinning and gel spinning technique to make high performance PAN-based carbon fiber precursor.Key words: PAN based carbon fiber, large plane, carbon fiber precursor前言国产大飞机战略自发布以来，引发了广泛的关注。

我国碳纤维发展现状研究

技术，其中，日本东丽独家掌握着世
界最高端的生产技术；全球碳纤维的制造商大都有日本公司的技术和资本背景；国际碳纤维市场为日、美
最好的商业级碳纤维。
一
国外碳纤维产业发展现状
２１３０８年世界碳纤维产能为６８９５０ｔ，
目前世界各国发展的主要是ＰＡＮ
基碳纤维和沥青基碳纤维。世界ＰＡＮ基碳纤维生产厂商主要有日本东丽公
其中小丝束为５２８５０ｔ；到２００９年增加至８０９１５ｔ，其中小丝束为５６４１５ｔ。目前碳纤维工业化产品以ＰＡＮ基碳纤维为代表，其力学性能最好，应用领域最广，占全球碳纤维总产量的
用碳纤复合材料可以减轻质量，节约能源，增加可靠性；风力发电是能源领域增长最快的，其叶片使用碳纤维量可观；用碳纤维加固、修复混凝土基础设施已经是一项新技术，市场前景十分广阔。
ＰＡＮ碳化生产，形成２４３１０ｔ／年生产能
力，３家企业正在建设。其中大陆有１１
闲占绝大多数，在航天航空及工业应
用领域，产品刚刚起步。
家生产单位，年生产能力为２９２５ｔ，在建产能５１００ｔ／年；台湾省有台湾塑胶
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我国碳纤维发展现状研究

2023年聚丙烯腈行业市场分析现状

2023年聚丙烯腈行业市场分析现状聚丙烯腈（Polyacrylonitrile，简称PAN）是一种重要的合成聚合物。

它具有优异的物理和化学性质，被广泛用于纺织品、合成纤维、电子材料等领域。

在聚丙烯腈行业，中国是全球最大的生产和消费市场之一。

本文将对聚丙烯腈行业的市场分析进行现状分析。

1. 市场规模和增长趋势根据数据显示，全球聚丙烯腈市场规模近年来呈现稳定增长。

据预测，到2025年，全球聚丙烯腈市场规模将达到数十亿美元。

中国聚丙烯腈市场规模约占全球市场的40%，是全球最大的生产和消费国家。

2. 行业竞争格局目前，聚丙烯腈行业的竞争格局相对集中。

主要的竞争者包括中国石油化工集团公司、江苏山特维克化工股份有限公司、湖北天威化纤股份有限公司等。

这些企业在技术研发、生产能力、市场份额等方面具有一定的优势。

3. 市场需求和应用领域聚丙烯腈广泛应用于纺织行业、合成纤维生产、电子材料、电池等领域。

纺织行业是聚丙烯腈的主要市场，占据了聚丙烯腈总需求的50%以上。

随着人们对合成纤维的需求不断增加，聚丙烯腈的需求也将继续增长。

4. 产业政策和环保压力聚丙烯腈行业受到产业政策和环保压力的影响。

近年来，中国政府加大了对环境保护的力度，对于高污染、高能耗的产业进行了整治。

聚丙烯腈行业也在逐渐转型升级，加强环境保护，推动绿色化发展。

5. 技术创新和发展趋势聚丙烯腈行业面临着技术创新和发展的机遇和挑战。

新材料、新工艺、新装备的应用将推动聚丙烯腈行业的发展。

同时，企业需要不断提高技术研发能力，提高产品质量和降低成本，以应对市场竞争的挑战。

综合以上几点，聚丙烯腈行业在中国具有较大的市场潜力和发展机会。

随着国内经济的发展和人民对生活品质的不断提高，对于合成纤维的需求将持续增长，推动了聚丙烯腈行业的发展。

同时，面临着环保压力和技术升级的挑战，企业需要加大技术创新力度，推动行业向绿色化、高效化发展。

聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能、应用及相关标准

少的工程材料，同时在体育用品交通运输医疗器械和
土木建筑等民用领域也有着广泛应用。ＰＡＮ基碳纤维生产工艺简单，产品综合性能好．因而发展很快，产量占到
９％以上．成为最主要的品种。０
ｌ国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状
１１国外发展现状．
进行了展望。
关键词：碳纤维；聚丙烯腈；标准
ＡｂｔａｔＰｓｒｃ：ＡＮ．ａｅｒｏｂｒｓａｎｗｔｒａｔｘｅｔｎｌｃａｉａｒｐｒｙＩａｅｎｅｔｎｉｅｙｂｓｄＣａｂｎｆｅｅｍａｅｉｌｈｅｃｐｉａｉｉｗｉｏｍｅｈｎｃｌｏｅｔ．ｔｓｂｅｘｅｓｖｌｐｈａｐｉｄｉｖａｉｎｐｃｌｈ，ｏｓｒｃ，ｐｒｓａｔｍｏｉ，ｍｅｉａｒａｍｅｔｅｃｆｅｄ．ｂｉｆｒｖｅｏｅｐｌｎａｉｔｏ，ｓａｅｆｇｔｃｎｔｔｓｏｔ，ｕｏｂｌｅｉｕｅｄｃｌｔｔｎ，ｔ．ｌｓＡｒｅｉｗｆｔｅｉｅｈｅｏｕｉｎａｄｃｒｅｔｓｔａｉｎｏｅＰＮ— ａｅｒＯｉｅｔｏｎｂｏｄｗｅｅｉｃｕｅ．ｕｔｅｍｏｅｔｅｖｌｔｎｕｒｎｉｔｆｔＡｂｓｄＣａｂｎｆｒａｍｅａｄａｒａｒｎｌｄｄＦｒｈｒｒ．ｈｏｕｏｈｂｈｐｅａａｉｎｓｒｃｕｅｅｆｒｎｅａｄｔｅａｐｉａｉｎａｅｆｔｅＰｒｐｒｔ．ｔｔｒ．ｐｒｏｍａｃｎｈｐｌｔｏｒａｏＡＮ．ａｅｒｏｂｒｗｅｅａｓｎｏｕｅ．ｏｕｃｈｂｓｄＣａｂｎｆｅｒｌｏｉｔｄｃｄｉｒＩｔｒｅａｅｔｎａｄｎｓｅｈｄｒｐｃｆａｌｘｒｓｅ．ｈｅｅｏｍｅｔｎｔｅｆｔｒｓｐｏｐｃｅ．ｎｅｒｌｔｄｓａｄｒｓａｄｔｔｔｏｓｅｍｗｅｅｓｅｉｃｌｅｐｅｓｄＴｅｄｖｌｐｎｕｅｗａｒｓｅｔｄｉｙｉｈｕ

聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能应用及相关标准

聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能\应用及相关标准作者：陈蓉蓉王莘蔚来源：《中国纤检》2010年第11期摘要聚丙烯腈基碳纤维是一种力学性能优异的新材料,在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。

本文简要介绍了国内外PAN基碳纤维的发展历程和现状,PAN基碳纤维的制备、结构、性能及碳纤维的应用领域,详细介绍了PAN基碳纤维相关标准及检测,并对未来发展进行了展望。

关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准Abstract: PAN-based Carbon fiber is a new material with exceptional mechanical property. It has been extensively applied in aviation, space flight, construct, sports, automobile, medical treatment, etc. fields. A brief review of the evolution and current situation of the PAN-based Carbon fiber at home and abroad were included. Furthermore, the preparation, structure, performance and the application area of the PAN-based Carbon fiber were also introduced. Interrelated standards and test methods were specifically expressed. The development in the future was prospected.Key words: Carbon Fiber;Polyacrylonitrile;Standard碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它不仅具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。

中国碳纤维行业发展现状分析

中国碳纤维行业发展现状分析一、碳纤维行业概况碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。

它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

碳纤维主要分为粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（PAN）基三大种类，各有不同的使用场景和生产方法。

其中沥青基碳纤维碳收率最高，可达80%-90%，但由于生产成本高，而难以应用于大批量工业应用制造。

PAN基碳纤维综合性能最好、生产工艺成熟简单、应用最广、产量最高、品种最多，是目前全球碳纤维市场的主流碳纤维产品，产量占全球碳纤维总产量的90%以上。

完整的碳纤维产业链包含从能源获取到成品制造的全过程。

碳纤维行业上游是制备聚丙烯晴（PAN）原丝过程，由于在原材料中原油制丙烯成本最低，故而此过程首先从原油中制出丙烯，再将丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，再经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝。

产业链中游是利用原丝经过预氧化、低温和高温碳化后就得到碳纤维，以及制备碳纤维织物和碳纤维预浸料，碳纤维预浸料可根据不同需求制成各类复合材料成品。

产业链下游是以航空航天、体育休闲、风电叶片、工业领域为主的相关应用领域。

二、全球碳纤维行业发展现状分析近年来，随着碳纤维行业产业链下游应用领域的不断发展，直接拉动了全球碳纤维需求的增长。

全球碳纤维总需求已从2013年5.01万吨，增长到了2019年的10.37万吨，复合增速为11.89%，预计2020年全球总需求将达到11.24万吨。

碳纤维行业下游产业中，风电叶片、航空航天、体育休闲的碳纤维需求量分别为2.55万吨、2.35万吨、1.50万吨，占据需求构成的前三位，占比分别为24.59%、22.66%、14.46%。

2019年，航空航天产业对碳纤维需求量仅占总需求量的22.66%，但其销售金额价值却达到了14.1亿美元，占碳纤维总销售金额的49.13%，占比将近一半；体育休闲、风电叶片、汽车领域的碳纤维市场需求价值分别为3.45亿美元、3.57亿美元、2.12亿美元，除航天航空的其他领域市场需求合计占比50.87%。

聚丙烯腈基碳纤维研究进展

２４Ｎｍ２９０／ｍ，模量＞０／ｍ）２Ｎｍ２。个别厂还能生产石墨纤维（张强度＞１６Ｎｒ２模量＞３Ｎ抗９０／ｍ，ａ０／
ｍ
ｍ）２。
由于长期来我国碳纤维均为军工及尖端技术服务，研制单位有限，只是小批量生产，其单位不会
・
４５・
维普资讯
２０年ｉ代饧织技ｆ第ｌ０７巳期
大、毛丝多、分散性差、易粘结、表面处理不配
ｌ２／１ｇｍ２
中图分类号：Ｉ１２５７文献标识码：Ａ文章编号：１０Ｓ０．２０９—２５（Ｏ７１Ｉ５３６Ｘ２０）０一（４ —０）
碳纤维作为一种新型材料，具有质轻、高强
１我国碳纤维发展状况
度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传
Ｐ基碳纤维的发展，从此世界上Ｐ基碳纤维ＮＡＮＡ
为用于制备碳纤维的Ｐ原丝要求高，应具备以ＮＡ
下几点要求［：ａ）结构均匀致密，纤维内、外部］
的总需求量逐年增多。
的缺陷少；ｂ）金属等杂质含量低，溶剂残留量低；ｃ纤维的超分子结构规整，取向度高，结晶度高；）ｄ纤维的物理机械性能优异；ｅ））纤维纤度小，直
的努力，能够生产高强ｌ（张强度＞２５Ｎ型抗４０／ｍｍ，２模量＞２Ｎｍ２，高强 Ⅱ型（４／ｍ）抗张强度＞
维【２Ｉｌ ’。由Ｐ原丝能制得高性能碳纤维，且生产ＮＡ

聚丙烯腈基碳纤维在航天领域应用及发展

十二五期间，由于国家发展战略性新兴产业的政
和质量一直无法满足军用和民用要求，国内应用部门
被迫立足的被动局面。２００５年以后，国家加
一１２一
策牵引，碳纤维产业急速扩军到３０—４０多家，行业进入高速发展阶段。全国碳纤维名义产能达到数万吨，
宇航材料工艺ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｈｅｌｇｙ．ｃｏｒｎ２０１５年第６期
宇航材料工艺ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｈｃｌｇｙ．ｃｏｒｎ２０１５年第６期
国导弹复合材料应用比例还有较大提升空间。
一１３—
万方数据
结构复合材料
功能复合材料
图４碳纤维在导弹武器中的应用
Ｆｉｇ．４
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｉｎｍｉｓｓｉｌｅ
２．２碳纤维在运载火箭中的应用发展
上‘２３｜。据测算，使用碳纤维复合材料可增加有效载
为了满足大型运载火箭结构轻质化要求，聚丙烯腈基碳纤维如Ｂｏｏ级、１７００级、髑００级碳纤维已经大量应用于国外先进运载火箭，包括火箭整流罩、仪器舱、壳体、级间段、发动机喉衬和喷管等。相比铝合金部件，碳纤维树脂基复合材料可减重达２０％以
荷（约２０公里／ｋｇ）和降低发射成本（约１０
其他．３．５．７％
多，主要为耶００级，产品质量参差不齐，实际产能难以消化，处于产业化萌芽期。同时多家单位正在开展，１７００级和髓００级碳纤维工程化研制和生产¨卜＂。。
国产碳纤维近年取得了巨大的进展，已经逐步应
用于国防和民用领域，但是仍然存在一些问题急需解决。如配套材料、装备技术和全流程专业技术不匹配、稳定低成本技术尚未突破、难以消化的产能、工业应用技术和市场培育迟缓等。国内碳纤维行业低水平重复和产品定位重叠以及应用研究的滞后，导致行业总体陷于亏损状态，产业发展质量低于国外同行业。

聚丙烯腈碳纤维

04
未来，聚丙烯腈碳纤维在新能源、智能制造等领域的应用将得到进一步拓展，为新兴产业的发展提供有力支持。
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聚丙烯腈碳纤维对酸、碱等化学物质具有较强的耐腐蚀性。
抗氧化性
在高温和有氧环境中，聚丙烯腈碳纤维不易被氧化。
良好的耐溶剂性
对各种有机溶剂，聚丙烯腈碳纤维表现出较好的稳定性。
耐辐照稳定性
在强辐照环境下，聚丙烯腈碳纤维的性能不易发生变化，具有较好的稳定性。
04 聚丙烯腈碳纤维的应用实例
航空航天领域
05 聚丙烯腈碳纤维的未来发展与挑战
新材料开发与性能提升
研发高强度、高模量、轻量化的聚丙烯腈碳纤维
通过材料改性、纳米复合等技术手段，提高聚丙烯腈碳纤维的力学性能和热稳定性，以满足高端领域对高性能纤维的需求。
探索新型聚丙烯腈碳纤维的制备方法
研究新的合成路径和反应条件，降低生产成本，提高产量和纯度，实现大规模生产。
表面打磨
对碳纤维表面进行打磨处理，去除表面的毛刺和不平整部分，提
高碳纤维与基体的结合强度。
03 聚丙烯腈碳纤维的性能特点
力学性能
高强度
聚丙烯腈碳纤维具有极高的拉伸强度，远超过其他纤维材料
。
高弹性模量
其弹性模量高，能够承受较大的压力而不发生形变。
耐磨性
聚丙烯腈碳纤维具有较好的耐磨性，能在复杂环境中保持其性能。
在汽车领域，聚丙烯腈碳纤维因其高强度和轻质特性，被用于制造汽车零部件，如车架、悬挂系统等，提高了汽车的燃油经济性和动力性能。
在体育器材领域，聚丙烯腈碳纤维因其轻质和高强度特性，被广泛应用于制造高尔夫球杆、钓鱼竿、自行车车架等运动器材，提高了运动性能和安全性。

聚丙烯腈基碳纤维综述_张旺玺

作者简介:张旺玺:32岁,讲师,现从事碳纤维前驱体聚丙烯腈原丝的研究工作,该工作得到国家自然科学基金等多项资助,发表论文十余篇。

专题论述聚丙烯腈基碳纤维综述张旺玺王艳芝(山东工业大学,山东济南,250061) 摘　要:对国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展历史作了评述,重点对世界聚丙烯腈基碳纤维发展最新趋势作了介绍,并提出了作者对发展我国碳纤维的建议。

关键词:聚丙烯腈　碳纤维　发展高性能碳纤维的问世,标志着材料发展史上的又一突破。

它具有高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐磨、抗疲劳等优异性能。

作为先进复合材料的增强纤维,目前已成为航空航天飞行器不可缺少的材料。

在卫星、运载火箭、战术导弹、飞机上使用,可大幅度减轻结构重量,进而提高技术性能。

在工业,民用产品方面的应用也得到不断开发、扩大,例如:文体用品、运输车辆、机械、建筑材料等。

自聚丙烯腈(PAN )纤维制得了高性能碳纤维以来,由于其生产工艺与粘胶基、沥青基碳纤维相比,具有方法简单,产品力学性能良好等特点得到了大力发展。

PAN 基碳纤维将以强劲的发展势头迈入2000年,届时其生产能力可望突破4.8万吨[1],世界上各大公司竞相扩充自己的生产能力,开发应用范围,形成了系列化、规模化、垄断化高效益生产。

1　国外聚丙烯腈基碳纤维的发展 1961年日本东丽公司成功地开发出了特殊共聚的PAN 纤维,结合美国Union Carbide 公司的碳化技术,生产出高强、高模的碳纤维。

其后,该公司高性能碳纤维产量一直独居世界之首。

由于该碳纤维是极高附加价值产品,在日本东丽、东邦人造丝、三菱人造丝等公司也争相发展自己的技术,积极参与碳纤维的市场竞争。

70年代末,许多以PAN 纤维为原料制造碳纤维的厂家为扩大产品销路,占领国际市场,在原料供应及碳纤维的生产、供销方面进行广泛交流合作,合资建厂,从而促进了PAN 基碳纤维工业的进一步发展。

80年代后期各公司则着重发展从原丝到碳纤维、制品的配套生产,力求提高经济规模,因此一些大厂不断扩大生产能力,由于产品应用范围开拓不足,从而使世界碳纤维总生产能力大于实际需求。

CFRP材料

一、碳纤维的发展3.1国外发展以PAN碳纤维为例，该纤维国际上研发已有30年左右，目前世界碳纤维的生产能力在3.4～3.8万吨左右，主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家和我国台湾省。

日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司（东丽、东邦以及三菱人造丝公司）依靠其先进的纺丝科学技术，形成了高性能原丝生产的优势，大量生产高性能碳纤维，使日本成为碳纤维大国，无论质量还是数量上都处于世界前三位，三大集团占据了世界75%以上的产量。

3.2国内发展我国聚丙烯腈基碳纤维的研究开发始于20世纪60年代，当时由于碳纤维作为重要的军工产品，国外对我国进行严格技术封锁，使得当时我国聚丙烯腈基碳纤维基本上以自主研究开发为主。

1976年中科院山西煤化所建成第一条聚丙烯腈基碳纤维中试生产线，生产出高强I型碳纤维，其产品性能基本达到日本东丽公司的T200。

继而从“六五”开始试制高强Ⅱ型碳纤维(相当于T300)，但到目前为止产品性能指标仍未达到T300标准。

吉林石化公司在采用硝酸一步法生产原丝的基础上，研究开发出性能基本接近T300的碳纤维，但该法对环境污染较大，因而现已放弃。

由于种种原因我国碳纤维发展缓慢，表现为生产规模小、产品质量不稳定、产品规格少、品种单一、没有高性能产品、技术设备落后，大多没有形成规模效益，这些成为制约我国碳纤维发展的瓶颈。

近些年来，随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维现阶段大部分依赖进口，2004年全国碳纤维用量为4000吨，国内实际产量仅为1O多吨，而且无论是质量还是规模与国外相比差距都很大。

另据估测2009年我国碳纤维需求将达到7500吨，这表明我国碳纤维严重供不应求。

尽管目前国际社会碳纤维的制造技术与产品对华出口有所松动，通用级碳纤维进口渠道已经开通，但高性能碳纤维对我国依然限制。

近年来，由于我国对碳纤维需求的日益增加，聚丙烯腈基碳纤维又成为国内新材料业研发的热点，如上海石化公司准备采用NaSCN一步法生产数千吨PAN基原丝。

国内外丙烯腈生产现状与发展

国内外丙烯腈生产现状与发展（一）丙烯腈是一种重要的有机化工原料，其用途十分广泛。

世界上大多数国家50％以上的丙烯腈用于生产腈纶纤维。

我国用于生产腈纶的丙烯腈占80％以上。

此外，丙烯腈还用于生产 ABS、AS、丙烯酰胺、丁腈橡胶及丁腈胶乳、己二腈／己二胺、丙烯腈阻隔性树脂、聚丙烯腈碳纤维等。

1.世界丙烯腈生产与消费概况全世界丙烯腈的生产主要集中在美国、西欧和日本等国家和地区。

全世界1999年丙烯腈总生产能力为532.3 万吨（见表 1）。

美、日、西欧丙烯腈生产能力合计为357 万吨，占世界总能力的66.9％。

1999年世界丙烯腈需求量为 480万吨，产量 470万吨，预计到2000年，世界丙烯腈总生产能力将达到585 万吨，产量及消费量将达到507 万吨。

其中用于腈纶的消费量为275 万吨，用于 ABS、AS为126 万吨，其它106 万吨（见表 2）。

今年台塑公司4 月和年末各有10万吨／年装置投产、美国Solutia 公司 8 月25万吨／年装置建成，还会增加45万吨生产能力。

2000年是日本旭化成、三菱化学和韩国东西石油化学、泰光产业等公司的定期检修年，这会缓和对新增能力投产的冲击。

美国现有丙烯腈生产装置6 套，总计生产能力为164.2 万吨。

世界绝大多数丙烯腈装置采用的技术是BP公司的。

1997年，BP公司丙烯腈生产能力占世界总丙烯腈生产能力的11.7％，占有份额最大。

目前，日本旭化成国内丙烯腈产量已达40万吨，供应能力达57万吨，跃居为世界第二大丙烯腈生产厂家。

美国丙烯腈的开工率到1999年几乎达到满负荷，随着新增能力的开工，其开工率会逐渐降低。

美国腈纶纤维的80％左右出口，主要出口到远东。

1997年美国丙烯腈出口量几乎占本年产量的50％，预计如此高的出口比例可一直延续到2005年。

西欧的丙烯腈生产装置共有9 套，其中最大的为德国Erdoelchemie公司和英国BAS 公司，各为28万吨／年。