碳纤维生产技术路线及应用领域

碳纤维生产技术路线及应用领域

按原料体系的不同，碳纤维主要分为：黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。

一、黏胶基碳纤维

黏胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料和隔热材料，目前, 黏胶基碳纤维仍占据着其他碳纤维不可取代的地位，是重要的战略物资。在民用市场方面，利用其柔软与导电性制作电热产品，利用其孔隙结构发达和容易调控的特性制造活性碳纤维系列制品,是良好的环保材料和医用卫生材料。

黏胶基碳纤维的产量不足世界碳纤维总产量的1%，它虽然不会有大的发展,但也不会被彻底淘汰出局。

二、聚丙烯腈基碳纤维

聚丙烯腈基碳纤维是目前的主流，占据了主要的市场费额：

1、瓦特的技术突破打通了制造高性能碳纤维的通道；

2、PAN原丝质量是制造高性能碳纤维的前提；

3、一条龙生产线得到发展，世界上几条著名的PAN基碳纤维生产线大多是从原丝开始，直到碳纤维以及中、下游产品开发。例如：日本东丽、东邦、三菱人造丝公司，美国的赫克利公司和阿莫科公司，以及中国台湾地区的台塑都是从聚合、纺丝开始，国外原丝主要生产

（１～２４Ｋ）的质量提高，普及是指大丝束碳纤维(48~540K)的产量大幅度增加，价格日趋下降。

三、沥青基碳纤维

1965年,日本群马大学的大谷衫郎研制沥青基碳纤维获得成功，从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，是目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。

五、碳纤维及其复合材料的应用领域（一）

PAN基碳纤维生产路线

空气合成溶剂→溶剂DMAC

↓↓

氢→合成氨合成催化剂→引发

剂AIBN

↓↓

氨合成共聚单体→共聚单体衣康酸

↓↓

原油→蒸馏→石脑油→分解→丙烷→合成AN → AN 聚合1001 PAN

溶剂纺丝回收工程油剂PEO 1002

1001 1002

回收AN 回收熔剂

AN 熔剂DMAC

PAN纤维

1003-1

表面处理上浆剂

碳纤维收丝,包装

碳纤维成品

碳纤维发展简史

1860年，斯旺制作碳丝灯泡

1878年，斯旺以棉纱试制碳丝

1879年，爱迪生以油烟与焦油、棉纱和竹丝试制碳丝（持续照明45小时）

1882年，碳丝电灯实用化1911年，钨丝电灯实用化

1950年，美国Ｗright--Patterson空军基地开始研制黏胶基碳纤维

1959年，美国ＵＣＣ公司生产低模量黏胶基碳纤维“Ｔhornel—25”，日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了ＰＡＮ基碳纤维

1962年，日本碳公司开始生产低模量ＰＡＮ基碳纤维（０.５吨/月）

1963年，英国皇家航空研究所（ＲＡＥ）的瓦特和约翰逊成功地打通了制造高性能ＰＡＮ基碳纤维（在热处理时施加张力）的技术途径

1964年，英国Ｃourtaulds,Morganite和Roii--Roys公司利用ＲＡＥ技术生产ＰＡＮ基碳纤维1965年，日本群马大学的大谷杉郎发明了沥青基碳纤维美国ＵＣＣ公司开始生产高模量黏胶基碳纤维（石墨化过程中牵伸）

1970年，日本吴羽化学公司生产沥青基碳纤维（１０吨/月），日本东丽公司与美国ＵＣＣ进行技术合作

1971年，日本东丽公司工业规模生产PAN基碳纤维（1吨/月），碳纤维的牌号为T300，石墨纤维为M40

1972年，美国Hercules公司开始生产PAN基碳纤维日本用碳纤维制造钓竿，美国用碳纤维制造高尔夫球棒

1973年，日本东邦人造丝公司开始生产PAN基碳纤维（0.5吨/月）日本东丽公司扩产5吨/月1974年,碳纤维钓竿、高尔夫球棒迅速发展日本东丽公司扩产13吨/月

1975年,碳纤维网球拍商品化美国UCC公司公布利用中间相沥青制造高模量沥青基碳纤维“Thornel—P”美国UCC的高性能沥青基碳纤维商品化

1976年,东邦人造丝公司与美国塞兰尼斯进行技术合作住友化学与美国赫格里斯（Hercules）成立联合公司

1979年,日本碳公司与旭化成工业公司成立旭日碳纤维公司

1980年,美国波音公司提出需求高强度、大伸长的碳纤维

1981年,台湾台塑设立碳纤研究中心，日本三菱人造丝公司与美国Hitco公司进行技术合作1984年,台湾台塑与美国Hitco公司进行技术合作，日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T800 1986年,日本东丽公司研制成功高强中模碳纤维T1000

1989年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M60

1992年,日本东丽公司研制成功高模中强碳纤维M70J,杨氏摸量高达690GPa

碳纤维纱

郑州力源结构胶有限公司碳纤维事业部代理销售日本、台湾、美国产1K、3K、6K、12K、18K、24K碳纱。

规格每束纱含

单丝数目

拉伸强

度

(Mpa)

拉伸模

量

(Gpa)

伸长

率

(%)

线密度

(g/1000m)

密度

(g/cm3)

单丝直

径

(um)

1K 1000 3450 230 1.6 66 1.8 7 3K 3000 3450 230 1.5 198 1.8 7 6K 6000 3450 230 1.9 396 1.8 7 12K 12000 4680 250 1.9 800 1.8 7 18K 18000 4890 240 1.6 1000 1.8 6.5 24K 24000 3920 235 1.7 1600 1.8 7

1k碳纤维平纹布1k碳纤维斜纹布3K碳纤维平纹布

3K碳纤维斜纹布3k补强布6K碳纤维平纹布

6K碳纤维斜纹布12K碳纤维平纹布12K碳纤维斜纹布