聚丙烯腈与碳纤维ppt课件
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聚丙烯腈基碳纤维的制备表面处理
-表面聚丙烯腈基碳纤维的制备处理作者:日期:碳纤维表面处理碳纤维作为一种具有高强度高模量的先进材料，通常需要与其他基体材料进行复合制备成复合材料进行使用。
由于碳纤维本身经过1300 C以上的高温处理，纤维中90%以上由碳元素组成，纤维表面活性官能团很少，具有较强的惰性，与高分子树脂等基体进行复合时，纤维与树脂的结合较差，影响纤维优异力学性能的发挥，并最终影响复合材料的性能。
因此在碳纤维制备过程中，通常需要对碳纤维进行表面处理，增加其表面的活性基团，增强与树脂等基体之间的结合。
5.3 . 1表面处理方法由于碳纤维表面处理对其复合材料性能提高的作用，因此表面处理方法的研究也是碳纤维制备技术研究的重点。
经过多年的研究，科研工作者开发了多种对碳纤维进行表面处理方法，表5.1 1列出了可以对碳纤维进行表面处理的不同方法及其影响因素。
在这些处理方法中，目前应用在工业化生产上的基本上都是电解氧化法。
表5.11碳纤维表面处理方法和影响因素类型处理方法影响因素序号1气相氧化O2、03、N 0 2、NO、SO2、N H3、空气、水蒸气/空气、NO/时间、温度、浓度、流空气量2液相氧化H N 03、H2O、KMnO 4、N aC 1 O3、N a 262O7/H 2S O 4、H2O时间、温度、组成比例、2 / H2SO4、NaC 10 3/ H2 S O4、KM nO 4/ H 2S O43电解氧化氨水、碳酸氢铵、H 2S O4、H NO3、H3PO4、NaOH、K OH、时间、电压、电流密度、N aCI、Na2CO3、N H 4 N 0 3、N aHC 0 3 等水溶液电解质浓度4催化氧化硝酸铜、醋酸铜、硝酸铅、硝酸亚铅、硝酸铁、硫酸铁、硝时间、温度、催化剂量酸铋、钒酸盐、钼酸盐5电引发聚丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、时间、电压、电流、溶合物涂层醋酸乙烯、丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷剂、单体浓度6聚合物电苯乙烯、乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲基醚与马时间、电压、电流、溶沉积涂层来酸酐共聚物剂、共聚物离子浓度7表面涂覆P VA、PVC、PAN、硅烷物，硬性聚氨酯炭黑树脂组成含量、涂覆量8高温气相S 1 C、TiC、T 1 O2、Er C、N iC、B、BN、N b C、T a C、温度、时间、载气、试沉积石墨晶须、碳剂含量9表面聚合丙烯酸、丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯、丙烯腈、异时间、氧化程度、接枝物接枝氰酸酯量、浓度0 2、N H3、Ar、N2、空气、SiC 涂层、AN 聚合时间、真空度、功率、1等离子体0处理流动速度11电子辐照Y射线等辐照剂量、时间5. 3 .1 . 1气相氧化法气相氧化法是将碳纤维暴露在气相氧化剂（如空气、氧等）中，在加温、加催化剂等特殊条件下使其表面氧化生成一些活性基团（如羟基和羧基）。
碳纤维材料PPT优秀课件
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六、耐高温性能好
碳纤维在400℃以下性能非常稳定，甚至在1000℃时 仍无太大变化。复合材料耐高温性能主要取决于基体的耐 热性，树脂基复合材料其长期耐热性只达300℃左右，陶 瓷基、碳基和金属基的复合材料耐高温性能可与碳纤维本 身匹配。因此碳纤维复合材料作为耐高温材料广泛用于航 空航天工业。
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四、耐化学腐蚀性好
从碳纤维的成分可以看出，它几乎是纯碳，而碳又是 最稳定的元素之一。它除对强氧化酸以外，对酸、碱和有 机化学药品都很稳定，可以制成各种各样的化学防腐制品。 我国已从事这方面的应用研究，随着今后碳纤维的价格不 断降低，其应用范围会越来越广。
五、耐磨性好
碳纤维与金属对磨时，很少磨损，用碳纤维来取代石 棉制成高级的摩檫材料，已作为飞机和汽车的刹车片材料。
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碳纤维原丝企业
16
就全球碳纤维产能来看，前 5大碳纤维生产企业市场 占有率达到 60%以上，其中 Toray 产能占比 18%
全球前 5 大碳纤维生产企业产能占比 61%
全球小丝束碳纤维行业集中度
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主要碳纤维企业产品领域
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碳纤维材料
碳纤维的分类
12
碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、 沥青基 碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维
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13
根据丝束大小可分为： 大丝束 • 工业级 • 每束碳纤维的根数等于或大于 46000-48000根。 • 一般指48~480K • 价格便宜。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料PPT课件
2000年以来，在以师昌绪院士为首的一批材料界前辈的大力 推动下，我国碳纤维研发取得了长足的进步。在国内科研院所和以 中国航天四院为代表的一大批企业的参与下，完成了高强中模碳纤 维和基本型高模高强纤维制备技术的攻关，今后的研发重点将围绕 超高强中模和更高性能的高模高强碳纤维制备技术展开。
截止2011年底，中国大陆具备500t产能以上规模、具有原丝 和碳纤维制备的企业共有7家，其中有4家企业建起千吨以上产能 规模。
土耳其Aksa公司
印度Kemrock公司
产能合计
产量系数0.7
2009 17600 13500 7400 6150 4750 2000
750 0
52150 36505
2010 17600 13500 7400 7450 4750 3000 1500
0 57650 40335
2011 17600 13500 7400 8750 5500 3000 3500
卓尔泰克集团
13000 13000 13000 13000 13000
大丝束 24K/48K/50K /60K/80K/320
K及以上
德国SGL集团 三菱人造丝公司 东丽集团
6000 6000 700 700 300 300
6000 7500 2700 2700 300 300
9000 2700 300
3.能源和工业：风力发电机叶 片，太阳能基板、高档汽车、 建筑板材、装备制造
长征6号运载火箭
航空航天
美国航天飞机
欧洲空客A380
高尔夫球杆 钓鱼竿
体育休闲
网球拍 捷安特XTC-ADV-SL
海洋风力发电
能源和工业
太阳能电池板
F1方程式赛车
截止2011年底，中国大陆具备500t产能以上规模、具有原丝 和碳纤维制备的企业共有7家，其中有4家企业建起千吨以上产能 规模。
土耳其Aksa公司
印度Kemrock公司
产能合计
产量系数0.7
2009 17600 13500 7400 6150 4750 2000
750 0
52150 36505
2010 17600 13500 7400 7450 4750 3000 1500
0 57650 40335
2011 17600 13500 7400 8750 5500 3000 3500
卓尔泰克集团
13000 13000 13000 13000 13000
大丝束 24K/48K/50K /60K/80K/320
K及以上
德国SGL集团 三菱人造丝公司 东丽集团
6000 6000 700 700 300 300
6000 7500 2700 2700 300 300
9000 2700 300
3.能源和工业：风力发电机叶 片，太阳能基板、高档汽车、 建筑板材、装备制造
长征6号运载火箭
航空航天
美国航天飞机
欧洲空客A380
高尔夫球杆 钓鱼竿
体育休闲
网球拍 捷安特XTC-ADV-SL
海洋风力发电
能源和工业
太阳能电池板
F1方程式赛车
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
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
碳纤维课件ppt
碳纤维的环保意义
05
与价值
减少对传统材料的依赖
01
碳纤维作为一种高性能材料，可 以替代部分传统金属材料，降低 对矿产资源的开采和加工需求， 从而减少对环境的破坏和污染。
02
碳纤维的制造过程相对环保，不 需要经过高温熔炼，可以减少能 源消耗和碳排放。
降低碳排放，助力碳中和目标
碳纤维的制造和使用过程中，碳排放 量相对较低，有助于实现碳中和目标 。
汽车工业领域
车身结构
碳纤维复合材料能够显著 减轻汽车重量，提高燃油 效率和性能，因此在车身 结构中广泛应用。
汽车零部件
碳纤维复合材料也用于制 造汽车零部件，如发动机 罩、车门、车顶等。
电动汽车电池组
碳纤维复合材料在电动汽 车电池组中作为结构材料 ，能够提高电池组的强度 和刚度。
体育器材领域
自行车
VS
建筑补强
碳纤维复合材料也用于对建筑结构进行加 固和补强，提高结构的承载能力和耐久性 。
其他领域
压力容器和管道
碳纤维复合材料在制造高压容器和管道中作为结构材料，能够承受高压力和温度。
电子设备
碳纤维在制造电子设备中也有广泛应用，如电路板、连接器和外壳等。
碳纤维的未来发展
04
与挑战
碳纤维的研发进展
影响因素：生产工艺对碳纤维的性能 有很大影响，如温度、压力、时间等 工艺参数都会影响碳纤维的结构和性 能。
碳纤维的性能优势
02
高强度与轻量化
总结词
碳纤维具有高强度和轻量化的特性，使其成为高性能材料的 重要选择。
详细描述
碳纤维是一种高性能纤维，其强度和刚度都非常高，能够承 受较大的压力和弯曲应力。同时，碳纤维的密度非常低，比 传统的金属材料轻得多，因此使用碳纤维可以大大减轻产品 的重量。
高性能纤维—碳纤维(纺织材料课件)
指标名称
密度／g．cm-3 强度／cN．tex-1 模量/ cN．tex-1 晶粒厚度／nm
取向角
普通型碳纤维 (A型或Ⅲ型)
1.71-1.93 91.8-140.7 9697．8-12390
<5.o >10°
高强型碳纤维 (C型或Ⅱ型)
1.69-1.85 132.8-177.4 13847-17723
子主链结构对纤维轴的择优取向，预氧化过程必须对纤维施加张力，
实行多段拉伸。
碳纤维制造过程式中最重要的环节
3 预氧化的炭化
预氧丝在惰性气体保护下，在800~1500℃范围内发生碳化反应。纤
维中的非碳原子如N 、H、O等元素被裂解出去，预氧化时形成的梯形大
分子发生交联，转变为稠环状结构。纤维中的含碳量从60%左右提高到
达1000kcal/kg。这些热量必须瞬间排除，否则会发生局部温度剧升
而导致纤维断裂，所以瞬时带走预氧化过程中释放出的反应热是设
备放大和工业生产的关键所在。
除此之外，在预氧化过程中还发生较大的热收缩。一方面是经过
拉伸的原丝，大分子链自然卷曲产生物理收缩。另一方面，大分子
环化过程中产生化学收缩。为了要得到优质碳纤维，继续保持大分
到使用要求。因此，在制备碳纤维工艺流程中都要设置碳纤维表面处理
工序和上浆工序。
表面处理工序主要使碳纤维表面增加含氧官能团和粗糙度，从而增
加纤维和基体之间粘结力，使其复合材料的层间剪切强度提高到80-
120MPa，从而使碳纤维的强度利用率由60%左右提高到80%~90%。
上浆工序的目的是避免碳纤维起毛损伤，所以碳纤维总在在保护胶液中
度和模量都十分高，而垂直于纤维轴向的强度和模量都很低，纤维
PAN 聚丙烯腈纤维PPT课件
个稳定发展阶段 产量将会继续缓慢增长。预计到2005年
产量将达3000kt，2010年为3260kt，2015 年为3600kt，至2050年，世界腈纶产量将 达6000kt。
7
聚丙烯腈纤维-概述
（2）发展重心向发展中国家和地区转移 • 世界腈纶生产中心由发达国家向发展中
国家和地区转移 • 预计中国、印度、土耳其、伊朗等国家
国家或 中国 地区 2000年 353
2005年 669
2010年 827
亚洲腈纶产量预测 （单位：kt）
日本 韩国 中国台 印度 泰国 湾
382 121
106 96
55
巴基斯 坦
16
375 120 142 116 77
40
375 120 162 121 97
40
6
聚丙烯腈纤维-概述
• 世界腈纶工业发展趋势 （1）产量 世界腈纶的生产已走出了低谷并步入一
第 7章 聚丙烯腈
1
目录
➢聚丙烯腈纤维 ➢概述 ➢聚丙烯腈的结构与性质 ➢原料的合成 ➢纺丝 ➢后加工
2
聚丙烯腈纤维-概述
聚丙烯腈(PAN)纤维通常指含丙烯腈在85％以上的 丙烯腈共聚物或均聚物纤维，国内简称腈纶。
丙烯腈含量在85％以下的丙烯腈共聚物纤维则称 为改性聚丙烯腈纤维。
1929年德国的巴斯夫公司(BASF)成功地合成出聚 丙烯腈，
聚丙烯腈纤维-概述
（3）差别化品种比例增加，应用领域拓展
新品种增加，其中高收缩、细旦、有色腈纶和 用于建筑业的高强度腈纶等已被市场普遍接受。
阻燃与异形截面纤维在人造毛皮、毛毯中应用 前景诱人。
凝胶着色腈纶增大，凝胶着色生产有色纤维的 技术可以减少对环境的污染，尤其是对水资源 贫泛地区的纺织染整工业有实际意义，世界总 有色纤维比例约占10％。
产量将达3000kt，2010年为3260kt，2015 年为3600kt，至2050年，世界腈纶产量将 达6000kt。
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聚丙烯腈纤维-概述
（2）发展重心向发展中国家和地区转移 • 世界腈纶生产中心由发达国家向发展中
国家和地区转移 • 预计中国、印度、土耳其、伊朗等国家
国家或 中国 地区 2000年 353
2005年 669
2010年 827
亚洲腈纶产量预测 （单位：kt）
日本 韩国 中国台 印度 泰国 湾
382 121
106 96
55
巴基斯 坦
16
375 120 142 116 77
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375 120 162 121 97
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聚丙烯腈纤维-概述
• 世界腈纶工业发展趋势 （1）产量 世界腈纶的生产已走出了低谷并步入一
第 7章 聚丙烯腈
1
目录
➢聚丙烯腈纤维 ➢概述 ➢聚丙烯腈的结构与性质 ➢原料的合成 ➢纺丝 ➢后加工
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聚丙烯腈纤维-概述
聚丙烯腈(PAN)纤维通常指含丙烯腈在85％以上的 丙烯腈共聚物或均聚物纤维，国内简称腈纶。
丙烯腈含量在85％以下的丙烯腈共聚物纤维则称 为改性聚丙烯腈纤维。
1929年德国的巴斯夫公司(BASF)成功地合成出聚 丙烯腈，
聚丙烯腈纤维-概述
（3）差别化品种比例增加，应用领域拓展
新品种增加，其中高收缩、细旦、有色腈纶和 用于建筑业的高强度腈纶等已被市场普遍接受。
阻燃与异形截面纤维在人造毛皮、毛毯中应用 前景诱人。
凝胶着色腈纶增大，凝胶着色生产有色纤维的 技术可以减少对环境的污染，尤其是对水资源 贫泛地区的纺织染整工业有实际意义，世界总 有色纤维比例约占10％。
聚丙烯腈基碳纤维发展简史及生产应用概述
聚丙烯腈基碳纤维发展简史及生产应用概述姓名：学院：学号：日期：目录引言 (5)一、碳纤维的发展史 (5)1.1碳纤维的先驱——斯旺和爱迪生 (5)1.2碳纤维的三大原料路线 (5)1.3聚丙烯腈碳纤维的发明者――近藤昭男 (6)1.4从日本东丽公司碳纤维发展历程看PAN基原丝的重要性 (6)1.5我国研制PAN基碳纤维的历程 (6)二、聚丙烯腈基碳纤维概要 (7)2.1聚丙烯腈纤维的形态结构 (7)2.2聚丙烯腈纤维的性能特征 (7)2.3聚丙烯腈纤维的纺丝技术 (9)2.4聚丙烯腈基纤维的制备 (9)三、聚丙烯腈基碳纤维的生产工艺 (10)3.1基纤维—聚丙烯腈的生产工艺流程 (10)3.1.1聚丙烯腈共聚物的制备 (10)3.1.2聚丙烯腈纤维的纺丝与牵伸 (11)3.2PAN基碳纤维生产工艺流程 (11)3.3工艺设备的选配及布置 (12)四、聚丙烯腈基碳纤维的应用及相关标准 (14)4.1聚丙烯腈基碳纤维的主要应用 (14)4.1.1航空航天 (14)4.1.2文体和医疗用品 (14)4.1.3一般工业 (14)4.1.4聚丙烯腈基碳纤维的相关标准 (15)五、聚丙烯腈基碳纤维制备成本构成分析及其控制 (15)5.1年产500T PAN基碳纤维生产成本构成及规模效益成本分析 (15)5.1.1PAN原丝生产成本构成 (16)5.1.2碳纤维生产成本构成 (16)5.1.3规模效益成本预测及分析 (16)5.2降低碳纤维生产成本控制措施的探讨 (18)5.2.1工艺改进，提高产品产量与品质 (18)5.2.2能源综合利用，降低生产成本 (18)5.2.3生产设备国产化，降低一次性设备（固定资产）投入 (19)六、国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状 (19)6.1国外PAN基碳纤维成产现状 (19)6.2全球碳纤维的发展态势 (20)6.3我国与世界ＰＡＮ基碳纤维科研技术先进国家之间的比较 (20)6.3.1我国PAN基碳纤维的历程 (20)6.3.2东丽公司Ｔ３００与国产ＧＣＦ的性能对比 (21)参考文献 (23)聚丙烯腈基碳纤维发展简史及生产应用概述摘要：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。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺
影响因素分析
纺丝过程中的影响因素包括纺丝液性质、喷丝头结构、拉伸条件、固化条件等。这些因素会影响原丝 的形态结构、取向度、结晶度等，进而决定碳纤维的力学性能、热稳定性等。因此，在纺丝过程中需 要对这些因素进行严格控制和优化。
预氧化与碳化工艺
04
预氧化过程及机理探讨
预氧化过程
将聚丙烯腈(PAN)纤维在空气或氧气 中进行低温热处理，使其部分氧化， 形成稳定的梯形结构。
机理探讨
预氧化过程中，PAN纤维中的氰基(-CN) 逐渐转化为羧基(-COOH)和酰胺基(CONH2)，同时伴随着分子链的交联和 环化反应，从而形成耐热的梯形结构。
碳化过程及温度控制策略
碳化过程
在惰性气氛（如氮气）中，将预氧化 后的纤维进行高温处理，使其进一步 碳化，形成碳纤维。
温度控制策略
碳化过程中需要精确控制温度，通常 采用多段升温的方式，以确保纤维在 碳化过程中的结构稳定性和性能均匀 性。
设备选型与生产线布
05
局设计
关键设备选型依据及参数设置
聚合釜
选择高效、节能、操作简便的聚 合釜，其容量和搅拌速度等参数 需根据生产规模和产品性能要求
确定。
纺丝机
选用具有高速、稳定、连续化生产 能力的纺丝机，纺丝速度、温度、 压力等参数对纤维性能有重要影响， 需精确控制。
氧化碳化炉
选择能够实现高温、高压、气氛控 制精确的氧化碳化炉，炉内温度、 气氛组成和压力等参数是影响碳纤 维性能的关键因素。
原因分析与追溯
针对不合格品进行原因分析，追溯问题根源，为后续改进措施提供依 据。
纠正与预防措施
根据原因分析结果，制定相应的纠正和预防措施，防止类似问题再次 发生。
持续改进与提升
纺丝过程中的影响因素包括纺丝液性质、喷丝头结构、拉伸条件、固化条件等。这些因素会影响原丝 的形态结构、取向度、结晶度等，进而决定碳纤维的力学性能、热稳定性等。因此，在纺丝过程中需 要对这些因素进行严格控制和优化。
预氧化与碳化工艺
04
预氧化过程及机理探讨
预氧化过程
将聚丙烯腈(PAN)纤维在空气或氧气 中进行低温热处理，使其部分氧化， 形成稳定的梯形结构。
机理探讨
预氧化过程中，PAN纤维中的氰基(-CN) 逐渐转化为羧基(-COOH)和酰胺基(CONH2)，同时伴随着分子链的交联和 环化反应，从而形成耐热的梯形结构。
碳化过程及温度控制策略
碳化过程
在惰性气氛（如氮气）中，将预氧化 后的纤维进行高温处理，使其进一步 碳化，形成碳纤维。
温度控制策略
碳化过程中需要精确控制温度，通常 采用多段升温的方式，以确保纤维在 碳化过程中的结构稳定性和性能均匀 性。
设备选型与生产线布
05
局设计
关键设备选型依据及参数设置
聚合釜
选择高效、节能、操作简便的聚 合釜，其容量和搅拌速度等参数 需根据生产规模和产品性能要求
确定。
纺丝机
选用具有高速、稳定、连续化生产 能力的纺丝机，纺丝速度、温度、 压力等参数对纤维性能有重要影响， 需精确控制。
氧化碳化炉
选择能够实现高温、高压、气氛控 制精确的氧化碳化炉，炉内温度、 气氛组成和压力等参数是影响碳纤 维性能的关键因素。
原因分析与追溯
针对不合格品进行原因分析，追溯问题根源，为后续改进措施提供依 据。
纠正与预防措施
根据原因分析结果，制定相应的纠正和预防措施，防止类似问题再次 发生。
持续改进与提升
聚丙烯腈纤维的生产及质量控制幻灯片PPT
Savinesti（罗） Courtaulds（英） DowChemical（美），东邦贝丝 纶（日） 钟纺（日）
东丽（日）
聚丙烯腈纤维生产工艺路线比较： 一步法与二步法 ：一步法是指PAN的合成采用溶液聚合，聚合物不经分离， 直接配成纺丝原液去纺丝； 二步法又称为水相沉淀聚合路线。PAN的合成采用水相 沉 淀聚合，聚合物经分离后重新溶解，即聚合物的制备及 原 液配制两步完成 ；
真空度↑↑→转鼓上吸附聚合物Hale Waihona Puke 厚↑→水洗效果↓脱水的影响
——真空度 ：真空度↑→压差↑→水流动的动力↑→脱水效果↑ 真空度↑↑→→滤饼中水含量↓ →能耗↑↑ 真空度↓↓→水脱除量↓→滤饼中水含量↑↑
——转鼓转数：转数↓→→滤饼的停留时间↑→脱水效果↑ → 产量↓
第四节 聚丙烯腈纺丝原液的制备及其性质
脱泡
常压静置脱泡法 、连续式真空脱泡法
消光和增白
常用的消光剂为锐钛型二氧化钛 ，对于半消光纤维，其加入量为纤维重量的0.2%~0.3%。对于消光 纤维，其加入量为纤维重量的0.6%
调温和过滤
——原液纺前的调温 ：原液温度调整为32~35℃，原液稳定，黏度较低，流变较好，有利于过滤纺丝 ——过滤：除去混合浆液中的机械杂质和少量聚合凝胶，以免在纺丝中堵塞喷丝孔，保证纺丝顺利进行
反应、聚合反应；
CH2=CH-CH2+NH3+3/2O2
No Image
CH2=CH-CN+ 3H2O
第二单体
降低丙烯腈分子间引力和抵消－CN基的作用，降低PAN的结晶性，改善聚丙烯腈的 可溶性、弹性、手感、热塑性，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善 纤维的染色性（丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等）；它在纤维 中的含量为4%～10%左右）
东丽（日）
聚丙烯腈纤维生产工艺路线比较： 一步法与二步法 ：一步法是指PAN的合成采用溶液聚合，聚合物不经分离， 直接配成纺丝原液去纺丝； 二步法又称为水相沉淀聚合路线。PAN的合成采用水相 沉 淀聚合，聚合物经分离后重新溶解，即聚合物的制备及 原 液配制两步完成 ；
真空度↑↑→转鼓上吸附聚合物Hale Waihona Puke 厚↑→水洗效果↓脱水的影响
——真空度 ：真空度↑→压差↑→水流动的动力↑→脱水效果↑ 真空度↑↑→→滤饼中水含量↓ →能耗↑↑ 真空度↓↓→水脱除量↓→滤饼中水含量↑↑
——转鼓转数：转数↓→→滤饼的停留时间↑→脱水效果↑ → 产量↓
第四节 聚丙烯腈纺丝原液的制备及其性质
脱泡
常压静置脱泡法 、连续式真空脱泡法
消光和增白
常用的消光剂为锐钛型二氧化钛 ，对于半消光纤维，其加入量为纤维重量的0.2%~0.3%。对于消光 纤维，其加入量为纤维重量的0.6%
调温和过滤
——原液纺前的调温 ：原液温度调整为32~35℃，原液稳定，黏度较低，流变较好，有利于过滤纺丝 ——过滤：除去混合浆液中的机械杂质和少量聚合凝胶，以免在纺丝中堵塞喷丝孔，保证纺丝顺利进行
反应、聚合反应；
CH2=CH-CH2+NH3+3/2O2
No Image
CH2=CH-CN+ 3H2O
第二单体
降低丙烯腈分子间引力和抵消－CN基的作用，降低PAN的结晶性，改善聚丙烯腈的 可溶性、弹性、手感、热塑性，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善 纤维的染色性（丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等）；它在纤维 中的含量为4%～10%左右）
聚丙烯腈纤维介绍ppt课件
16
精选ppt
二、丙烯腈的聚合
(三)丙烯腈的水相沉淀聚合（图5－2） 丙烯腈等单体可溶于水，PAN则不溶于水而沉淀。 单体：原料丙烯腈（AN）、第二单体丙烯酸甲酯(MA)、 第三单体衣康酸(ITA)； 引发剂：硫酸亚铁铵－过硫酸钾、活化NaHSO3； 溶剂：无离子水； 转化率：70～80％； 终止剂：乙二胺四乙酸四钠盐； 由引发剂与活化剂相互作用产生的自由基，引发丙烯 腈聚合反应及对反应速度、17 聚合物分子量的有效控制精选p。pt
由水相沉淀聚合所得的聚丙烯腈是细小的固体颗粒， 必须将其溶解在有机或无机溶剂中，并经混合、脱 泡和过滤等工序。
31
精选ppt
一、一步法纺丝原液的制备
曾试验过在100℃下长时间加热聚丙烯腈溶液，发 现会产生分子链的成环作用。
聚丙烯腈在空气或氧存在下长时间受热时，会使 聚合物颜色变暗，先是转为黄色，最后变褐。与此 同时，聚合物就失去其溶解性能。
27
精选ppt
第二节 聚丙烯腈纺丝原液的制备
28
精选ppt
熔融纺丝：纺丝原液的制备是采用加热熔融的方法。
3 单体
纯聚丙烯腈纤维的产量较低，均作工业用途。聚丙 烯腈纤维大多数以丙烯腈为主的三元共聚物制得，其 中丙烯腈占88～95％；第二单体含量为4～10％；第 三单体为0.3～2.0％。
第二单体的作用是降低PAN的结晶性，增加纤维的 柔软性，提高纤维的机械强度、弹性和手感，提高染 料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善纤维的 染色性。常用的第二单体为非离子型单体，如丙烯酸 甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯和丙烯酰胺等。
分子量调节剂：异丙醇(IPA)；
单体转化率：55～70％，中转化率；
平均分子量：60000～8001500。
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。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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。
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。
聚丙烯腈与碳纤维ppt课件
14
碳纤维的应用
航天、航空、 汽车、 电 子、 机械、化工、轻纺 等民用工业&运动器材和 休闲用品
Diagram 2
15
碳纤维生产流程
16
预氧化
预氧化：200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下 进行。预氧化过程中发生的反应以环化、氧化和脱氢为主。
17
预氧化
PAN原丝热氧化稳定化中各反应顺序
20
预氧化
2.氧化反应： 首先进行氧化脱水，在Β-碳原子上引入羟基并形成共轭体系。
氧的作用下，Β-碳原子被氧化为酮基，并引发氰基环化为共轭结构。
21
碳化
碳化：在300℃～1500℃的惰性气氛中进行，碳纤维 生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改 变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％ ~45％，含碳量95%左右。
294
2.2
2,740
392
0.7
3,920
588
0.7
13
碳纤维的性质
• 高比强度、高比模量 • 耐高温，使用温度2000℃ • 3000 ℃非氧化气氛中不融不软 • 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 • 热膨胀系数小，约等于零 • 热导率高，约为10-140W/(m 。K) • 摩擦系数小,有自润滑作用。 • 导电性好，102-104/欧姆－厘米
8
聚丙烯腈的合成
• 转移:链自由基从其他分子(单体、溶剂、引发剂、
大分子等)上转移获得一个原子,使链自由基本身停 止增长。这个分子失去原子后成为新的自由基,但如 果其活性明显低于链自由基,也不能继续引发聚合, 而只能与其它自由基双基终止,起到阻止聚合、终止 链式反应的作用。
9
什么是碳纤维 • 碳纤维是含碳量在90％以上的无机高分子
碳纤维的应用
航天、航空、 汽车、 电 子、 机械、化工、轻纺 等民用工业&运动器材和 休闲用品
Diagram 2
15
碳纤维生产流程
16
预氧化
预氧化：200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下 进行。预氧化过程中发生的反应以环化、氧化和脱氢为主。
17
预氧化
PAN原丝热氧化稳定化中各反应顺序
20
预氧化
2.氧化反应： 首先进行氧化脱水，在Β-碳原子上引入羟基并形成共轭体系。
氧的作用下，Β-碳原子被氧化为酮基，并引发氰基环化为共轭结构。
21
碳化
碳化：在300℃～1500℃的惰性气氛中进行，碳纤维 生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改 变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％ ~45％，含碳量95%左右。
294
2.2
2,740
392
0.7
3,920
588
0.7
13
碳纤维的性质
• 高比强度、高比模量 • 耐高温，使用温度2000℃ • 3000 ℃非氧化气氛中不融不软 • 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 • 热膨胀系数小，约等于零 • 热导率高，约为10-140W/(m 。K) • 摩擦系数小,有自润滑作用。 • 导电性好，102-104/欧姆－厘米
8
聚丙烯腈的合成
• 转移:链自由基从其他分子(单体、溶剂、引发剂、
大分子等)上转移获得一个原子,使链自由基本身停 止增长。这个分子失去原子后成为新的自由基,但如 果其活性明显低于链自由基,也不能继续引发聚合, 而只能与其它自由基双基终止,起到阻止聚合、终止 链式反应的作用。
9
什么是碳纤维 • 碳纤维是含碳量在90％以上的无机高分子
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20
预氧化
2.氧化反应： 首先进行氧化脱水，在Β-碳原子上引入羟基并形成共轭体系。
氧的作用下，Β-碳原子被氧化为酮基，并引发氰基环化为共轭结构。
21
碳化
碳化：在300℃～1500℃的惰性气氛中进行，碳纤维 生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改 变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％ ~45％，含碳量95%左右。
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聚丙烯腈&碳纤维
Logo
1
内容
1 聚丙烯腈（ＰＡＮ）简介 2 聚丙烯腈的合成 3 碳纤维简介 4 碳纤维的制造
2
聚丙烯腈
概念
聚丙烯腈是由丙烯 腈单体经自由基聚 合反应得到的聚合 物。主要用于制聚 丙烯腈纤维（腈纶 ）。
3
聚丙烯腈纤维
聚丙烯腈纤维
4
“人造羊毛”
14
碳纤维的应用
航天、航空、 汽车、 电 子、 机械、化工、轻纺 等民用工业&运动器材和 休闲用品
Diagram 2
15
碳纤维生产流程
16
预氧化
预氧化：200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下 进行。预氧化过程中发生的反应以环化、氧化和脱氢为主。
17
预氧化
PAN原丝热氧化稳定化中各反应顺序
29
18
预氧化
1.共聚单体引发环化： （1）酸性共聚体引发环化。羧基亲核攻击氰基碳引发，以阴离
子进行，传质速度较缓和。
亚胺结构的传递是环化序列长度增加的主要因素，生成的亚 胺结构以氨分子形式脱除，标志着环化反应终止。
19
预氧化
（2）酯类乙烯共聚单体引发的环化反应：酯基电负性对氰基碳进行亲核攻击。
（3）酰胺基引发的环化：丙烯酰胺（AAm）常用作共聚单体。
• 增长:链引发反应形成的单体自由基,打开第二个单
体分子的Π键,成为新的自由基,此传递过程其活性 并不衰减,继续与其它单体加成,形成越来越长的链 自由基。
7
聚丙烯腈的合成
• 终止:增长的自由基彼此反应,失去活性生成稳定的
高分子化合物的过程。存在链自由基和初级自由基 之间的单基终止(比例极低不讨论)和两个链自由基 之间的双基终止,后者包括独电子相互结合生成共价 键的偶合终止和一个原子发生转移的歧化终止。
聚丙烯 腈基碳 纤维 （PAN基 CF） 性能最 全面， 应用最 广泛
12
碳纤维的分类
通用级(GP) 高性能级(HP) 高强 T-1000
T-300 高模 M40 高强高模
M60J
指标
型号
T-300
T-1000
M40
M60J
抗拉强度 MPa 抗拉模量 GPa 断裂伸长率 ％
3,530
230
1.5
6,370
294
2.2
2,740
392
0.7
3,920
588
0.7
13
碳纤维的性质
• 高比强度、高比模量 • 耐高温，使用温度2000℃ • 3000 ℃非氧化气氛中不融不软 • 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 • 热膨胀系数小，约等于零 • 热导率高，约为10-140W/(m 。K) • 摩擦系数小,有自润滑作用。 • 导电性好，102-104/欧姆－厘米
25
碳化
26
碳化
（5）N2的释放：HCN的释放影响收率，900~1300℃是脱氮高峰。
27
石墨化
石墨化是固相碳化反应的继续，碳纤维中以氮为主的非碳元素几乎全 部溢走，得到含碳量接近100％的石墨纤维。2200℃时基本完成。
28
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Thank you
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低温碳化阶段（300~800℃），碳-碳单键断裂，形成 较大的共轭体系，芳环数目增加。
高温碳化阶段（1000~1500℃），主要发生缩聚反应 ，释放氰和氮气等。
22
碳化
（1）氨的释放：端基亚氨基脱除和失活的结果，芳构化反应停止。
23
碳化
（2）H2O的脱除：含氧基团缩聚。
24
碳化
（3）CO和CO2的释放：未被结合到梯形结构中的含氧基团被热解。 （4）HCN的释放：小的芳构化片之间缩聚的副产物。
纤维，其中碳含量高于99％的称为石墨纤 维。
10
碳纤维的结构
碳原子结构最规 整排列的物质是 金刚石，碳纤维 结构近乎石墨结 构，比金刚石结 构规整性稍差
11
碳纤维的分类
粘胶基碳 纤维 （Rayon 基CF） 最早问世 ，宇航唯 一性材料
沥青基碳 纤维 （Pitch 基CF） 得率最高 ，最经济 的品种
5
聚丙烯腈的合成
• 引发：引发剂吸热分解,产生初级自由基。分解反应
速率较慢,可控制整个反应速率。初级自由基与单体 加成,打开烯类单体的n键,形成Π键,生成单体自由基 并放热。
• 日本东丽公司采用偶氮二异丁腈(AIBN)做引发剂,二
甲基亚砜（DMSO）做溶剂，操作安全，产品质量 高。6聚丙烯腈的合成8
聚丙烯腈的合成
• 转移:链自由基从其他分子(单体、溶剂、引发剂、
大分子等)上转移获得一个原子,使链自由基本身停 止增长。这个分子失去原子后成为新的自由基,但如 果其活性明显低于链自由基,也不能继续引发聚合, 而只能与其它自由基双基终止,起到阻止聚合、终止 链式反应的作用。
9
什么是碳纤维 • 碳纤维是含碳量在90％以上的无机高分子
聚丙烯腈的性质
聚丙烯腈外观为白色或略带黄色的不透明粉末 相对密度1.12，玻璃化温度约90℃ 软化温度和分解温度很接近，加热至200℃以上也不 熔化，而是逐渐着色，以至碳化。 聚丙烯腈纤维（俗称腈纶）的强度并不高，耐磨性和 抗疲劳性也较差。 聚丙烯腈纤维的优点是耐候性聚丙烯腈纤维和耐日晒 性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77%。 聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛,有人造羊毛之称。具 有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、，根据 不怕虫蛀等不同优点.
预氧化
2.氧化反应： 首先进行氧化脱水，在Β-碳原子上引入羟基并形成共轭体系。
氧的作用下，Β-碳原子被氧化为酮基，并引发氰基环化为共轭结构。
21
碳化
碳化：在300℃～1500℃的惰性气氛中进行，碳纤维 生成的主要阶段。除去大量的氮、氢、氧等非碳元素，改 变了原PAN纤维的结构，形成了碳纤维。碳化收率40％ ~45％，含碳量95%左右。
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聚丙烯腈&碳纤维
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1
内容
1 聚丙烯腈（ＰＡＮ）简介 2 聚丙烯腈的合成 3 碳纤维简介 4 碳纤维的制造
2
聚丙烯腈
概念
聚丙烯腈是由丙烯 腈单体经自由基聚 合反应得到的聚合 物。主要用于制聚 丙烯腈纤维（腈纶 ）。
3
聚丙烯腈纤维
聚丙烯腈纤维
4
“人造羊毛”
14
碳纤维的应用
航天、航空、 汽车、 电 子、 机械、化工、轻纺 等民用工业&运动器材和 休闲用品
Diagram 2
15
碳纤维生产流程
16
预氧化
预氧化：200℃～300℃的氧化气氛中，原丝受张力情况下 进行。预氧化过程中发生的反应以环化、氧化和脱氢为主。
17
预氧化
PAN原丝热氧化稳定化中各反应顺序
29
18
预氧化
1.共聚单体引发环化： （1）酸性共聚体引发环化。羧基亲核攻击氰基碳引发，以阴离
子进行，传质速度较缓和。
亚胺结构的传递是环化序列长度增加的主要因素，生成的亚 胺结构以氨分子形式脱除，标志着环化反应终止。
19
预氧化
（2）酯类乙烯共聚单体引发的环化反应：酯基电负性对氰基碳进行亲核攻击。
（3）酰胺基引发的环化：丙烯酰胺（AAm）常用作共聚单体。
• 增长:链引发反应形成的单体自由基,打开第二个单
体分子的Π键,成为新的自由基,此传递过程其活性 并不衰减,继续与其它单体加成,形成越来越长的链 自由基。
7
聚丙烯腈的合成
• 终止:增长的自由基彼此反应,失去活性生成稳定的
高分子化合物的过程。存在链自由基和初级自由基 之间的单基终止(比例极低不讨论)和两个链自由基 之间的双基终止,后者包括独电子相互结合生成共价 键的偶合终止和一个原子发生转移的歧化终止。
聚丙烯 腈基碳 纤维 （PAN基 CF） 性能最 全面， 应用最 广泛
12
碳纤维的分类
通用级(GP) 高性能级(HP) 高强 T-1000
T-300 高模 M40 高强高模
M60J
指标
型号
T-300
T-1000
M40
M60J
抗拉强度 MPa 抗拉模量 GPa 断裂伸长率 ％
3,530
230
1.5
6,370
294
2.2
2,740
392
0.7
3,920
588
0.7
13
碳纤维的性质
• 高比强度、高比模量 • 耐高温，使用温度2000℃ • 3000 ℃非氧化气氛中不融不软 • 耐强酸、强碱及强有机溶剂的浸蚀 • 热膨胀系数小，约等于零 • 热导率高，约为10-140W/(m 。K) • 摩擦系数小,有自润滑作用。 • 导电性好，102-104/欧姆－厘米
25
碳化
26
碳化
（5）N2的释放：HCN的释放影响收率，900~1300℃是脱氮高峰。
27
石墨化
石墨化是固相碳化反应的继续，碳纤维中以氮为主的非碳元素几乎全 部溢走，得到含碳量接近100％的石墨纤维。2200℃时基本完成。
28
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低温碳化阶段（300~800℃），碳-碳单键断裂，形成 较大的共轭体系，芳环数目增加。
高温碳化阶段（1000~1500℃），主要发生缩聚反应 ，释放氰和氮气等。
22
碳化
（1）氨的释放：端基亚氨基脱除和失活的结果，芳构化反应停止。
23
碳化
（2）H2O的脱除：含氧基团缩聚。
24
碳化
（3）CO和CO2的释放：未被结合到梯形结构中的含氧基团被热解。 （4）HCN的释放：小的芳构化片之间缩聚的副产物。
纤维，其中碳含量高于99％的称为石墨纤 维。
10
碳纤维的结构
碳原子结构最规 整排列的物质是 金刚石，碳纤维 结构近乎石墨结 构，比金刚石结 构规整性稍差
11
碳纤维的分类
粘胶基碳 纤维 （Rayon 基CF） 最早问世 ，宇航唯 一性材料
沥青基碳 纤维 （Pitch 基CF） 得率最高 ，最经济 的品种
5
聚丙烯腈的合成
• 引发：引发剂吸热分解,产生初级自由基。分解反应
速率较慢,可控制整个反应速率。初级自由基与单体 加成,打开烯类单体的n键,形成Π键,生成单体自由基 并放热。
• 日本东丽公司采用偶氮二异丁腈(AIBN)做引发剂,二
甲基亚砜（DMSO）做溶剂，操作安全，产品质量 高。6聚丙烯腈的合成8
聚丙烯腈的合成
• 转移:链自由基从其他分子(单体、溶剂、引发剂、
大分子等)上转移获得一个原子,使链自由基本身停 止增长。这个分子失去原子后成为新的自由基,但如 果其活性明显低于链自由基,也不能继续引发聚合, 而只能与其它自由基双基终止,起到阻止聚合、终止 链式反应的作用。
9
什么是碳纤维 • 碳纤维是含碳量在90％以上的无机高分子
聚丙烯腈的性质
聚丙烯腈外观为白色或略带黄色的不透明粉末 相对密度1.12，玻璃化温度约90℃ 软化温度和分解温度很接近，加热至200℃以上也不 熔化，而是逐渐着色，以至碳化。 聚丙烯腈纤维（俗称腈纶）的强度并不高，耐磨性和 抗疲劳性也较差。 聚丙烯腈纤维的优点是耐候性聚丙烯腈纤维和耐日晒 性好，在室外放置18个月后还能保持原有强度的77%。 聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛,有人造羊毛之称。具 有柔软、膨松、易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、，根据 不怕虫蛀等不同优点.