聚丙烯腈碳纤维 (2)

合集下载

聚丙烯腈基碳纤维

Page 6
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的性能
PAN基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达45％以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面都比粘胶纤维简单，成本低，原料来源丰富，加上聚丙烯腈基碳纤维的力学性能，尤其是抗拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首。
Page 7
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维制ห้องสมุดไป่ตู้工艺
Page 5
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的发展历程
1959年美国ＵＣＣ公司生产低模量黏胶基碳纤维 “Ｔ hornel—25”，日本大阪工业试验所的进藤昭男发明了ＰＡＮ基碳纤维 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 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 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
聚丙烯腈基碳纤维
碳纤维简介
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的发展历程
聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的性能聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的制备工艺
Page 2
碳纤维简介
碳纤维(Carbon Fibre)是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90%以上。人造纤维，如粘胶丝，人造棉，木质素纤维等合成纤维,是从石油等自然资源中提纯出来的原料，再经过处理后纺成丝的，沥青纤维，聚丙烯腈(PAN) 纤维等。
Page 8
预氧化和炭化过程生产线示意图

聚丙烯腈PAN基碳纤维复合材料-作业课件

c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏；
PAN链的无规则螺旋
结构
PAN 纤维 → 预氧化 → 碳化 → 石墨化 →PAN 基碳纤维
PAN纤维截面SEM照
PAN碳纤维表面结构
全球PAN 碳纤维产业发展情况
全球PAN 碳纤维产业发展情况
图11:三菱人造丝预测的全球碳纤维在三大领域的需求增长情况
-
-----
9700 8200
12200. 8800
27500 2 280 0-.
- 4 800 0
15000-
10000 9300
33700 —4200 0—2009来自20102011
2012
2013
2014
2015
一般产业用途■体育休闲用途■飞机用途
我国碳纤维产业发展情况
起步早-----始于20世纪60年代进展慢-----产品严重依赖进口。井喷式-----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。
聚丙烯腈基 (PAN) 碳纤维复合材料
碳纤维复合材料
碳纤维是一种以聚丙烯腈 (PAN)、沥青、粘胶纤维等人造纤维或合成纤维为原料，经预氧化、碳化、石墨化等过程制得含碳量达90%以上的无机纤维材料。
碳纤维的性能 (PAN)
强度高
密度低
其他性能
理论强度可达到 180GPa。目前东丽T1000的强度达到7.02GPa, 虽然远低于理论值但比钢的强度要高出很多
80000
70000
60000
50000
40000
30000 20000 10000

聚丙烯腈碳纤维的工艺流程

聚丙烯腈碳纤维的工艺流程1.概述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。

聚丙烯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。

2.制备聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。

无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。

为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。

对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。

生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈树脂(分子量高于 6～8万)，然后树脂经溶剂(硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等)溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干-湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。

若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。

因此，制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。

预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。

一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h～3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。

这是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。

碳纤维用聚丙烯腈制备及其结构、性能

65.9
5. 引发剂种类对聚合影响
样品引发剂 1 引发剂 2 引发剂 2
转化率 (%) 12 h 76.9 84.8 89.6
粘均分子量 (× 104) / 19.8 22.0
旋转粘度（Pa.S） / 49 145
GPC Mn 32578 29201 33674 Mw 64723 55412 57118 Mw/Mn 1.99 1.90 1.70
PAN-NVP
50
100
150
200
o
250
300
350
Temperature C
不同聚丙烯腈共聚物的放热峰
8.TGA分析
不同共聚单体总含量的聚丙烯腈在N2中的TGA曲线及其微分曲线
不同共聚单体总含量的聚丙烯腈在空气中的TGA曲线及其微分曲线
9.聚丙烯腈在管式反应器共聚的研究
聚丙烯腈在6米管式反应器共聚的原液性能
Mw/ Mn ≤ 2.8
1. 共聚单体种类对聚合速率的影响
PAN共聚物 PAN-DMI PAN-MBI 聚合时间（小时） 24 48 转化率 (%) 55.0 81.1 粘均分子量 (×104) 21.4 Mn (×104) 3.3 2.4 Mw (×104) 7.3 6.5 Mw/Mn 2.2 2.7
6.共聚单体含量对等规度的影响
等规度 ≥ 26％
聚丙烯腈的13C－NMR谱图
共聚单体总含量对聚丙烯腈等规度的影响共聚单体含量(wt%) 2.5 4.3 5.9
13C-NMR谱
图
等规度(%)
26.0
26.1
29.8
7.共聚单体种类对DSC放热峰的影响
PAN-AM PAN-DMI-IA PAN-DMI

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

聚丙烯腈碳纤维的制备过程

聚丙烯腈碳纤维的制备过程嘿，你知道聚丙烯腈碳纤维吗？这可是个超级厉害的东西呢！今天我就来给你讲讲它是怎么制备出来的。

我有个朋友叫小李，他就在一个研究碳纤维的实验室工作。

有一次我去他那儿参观，就像刘姥姥进大观园一样，对啥都好奇。

他就开始给我讲聚丙烯腈碳纤维的事儿。

聚丙烯腈碳纤维的制备啊，得从原料开始说起。

这原料聚丙烯腈，就像是盖房子的砖头一样重要。

它是一种高分子聚合物，白色粉末状的东西。

这原料可得精挑细选，要是质量不好，就像做菜用了坏的食材，后面再怎么努力都白搭。

那些生产聚丙烯腈的厂家就像是原料的把关者，得保证它的纯度啊、分子结构啥的都符合要求。

首先呢，要进行聚合反应。

这就好比是把很多小珠子串成一条长长的珠链。

在这个过程中，会有各种化学物质参与进来，就像是一群小伙伴齐心协力来完成这个任务。

反应的条件也很重要，温度、压力这些就像是指挥小伙伴们干活的小队长，得控制得刚刚好。

要是温度太高了，就像一群人在炎热的太阳下干活，容易乱套，反应可能就进行得不好。

我当时就问小李：“这温度控制是不是超级难啊？”小李笑着说：“那可不，就像走钢丝一样，得小心翼翼的。

”聚合反应完成之后呢，就得到了聚丙烯腈的纺丝液。

这纺丝液啊，看起来有点像胶水，黏黏的。

接下来就是纺丝的过程啦。

想象一下，这纺丝液就像是从一个超级小的嘴巴里挤出来的面条一样。

只不过这个“嘴巴”是很精密的喷丝头。

从喷丝头出来的丝啊，细得不得了，就像头发丝儿一样，不，甚至比头发丝儿还细呢。

这时候，周围的环境也很关键。

得让这些丝在合适的氛围下凝固成型，就像小树苗需要合适的土壤和空气才能茁壮成长一样。

我又好奇地问小李：“这丝这么细，不会断吗？”小李说：“这你就不懂了吧，在这个过程中，会有一些措施来保证丝的强度。

就像我们保护小婴儿一样，得给它足够的呵护。

”这些丝被卷绕起来，就像是把长长的线绕在一个线轴上。

然后啊，就是预氧化的过程。

这个过程可神奇了。

预氧化就像是给这些丝来一次初步的变身。

聚丙烯腈和碳纤维(29页)

碳化
(3) CO和C02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。
HC
I ◦
HZ H? H2 CN
N夕cI C HcH’
H C I HCN C
碳化
Logo
碳化
(5) N2的释放: HCN的释放影响收率，900-1 300ftC是脱氮高峰。
-CHa-CH* + R-SH CN
-CHz-CHa- + RS . CN
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
<_”Hrl
t H 64 ta ' I-,ຫໍສະໝຸດ *** _ <；■*
一
、二丫
^TYTT^
!
__
Logo
碳纤维的分类
最早问世 ,宇航咳 — 性材料
HHH HHH
iIII
乂 c/
IIII
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。2200X: 时基本完成。
Logo
Logo
聚丙烯腈的合成
JI发: 别发釗及热分解，卢生初级t由裏。分解反应連卒敕仗，可技喇整个反应連卒。初级负由暮与单体加成，打开神类羊体的，形成n，生成羊体令由基＞并玫热。 C1本水商公句采用偶氬二异丁漪(AIBN)做J|发利，二甲泉正风CDMSOJ做泳利，换作安全，户品质黃本。
CHa
偶合终止 -CHi-CH* + 'CH-CH?- -- CHa-CH- CH-CH2-

浅谈聚丙烯腈纤维2讲课文档

由丙烯氨氧化法生产。丙烯在氨、空气与水的存在下，用钼酸铋与锑酸双氧
铀作催化剂，在沸腾床上于450℃，150kPa下反应，反应按下式进行：
第二单体-丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和醋酸乙烯等，作用是降低大分子间作用力，改善纤维弹性（含量5 ％～10％）
第十六页，共36页。
聚丙烯腈纤维原料制备
第三单体-改进纤维的染色性及亲水性。一般选用可离子化的乙烯基单体，可分为两大类：一类是对阳离子染料有亲和力，含有羧基或磺酸基团的单体，如丙烯磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、衣康酸等；另一类是对酸性染料有亲和力，含有氨基、酰胺基、吡啶基等单体，如乙烯吡啶、2—甲基— 5—乙基吡啶、甲基丙烯酸二甲替氨基乙酯等。加入量约0.5％~3％。
腈纶对化学药品的稳定性良锦纶差，在热稀碱、冷浓碱溶液中会变黄，在热浓碱溶液中会立即被破坏。
第十四页，共36页。
聚丙烯腈纤维性质
例如，水解：
第十五页，共36页。
聚丙烯腈纤维原料制备
腈纶纤维的原料通常是共聚物。
主单体-丙烯腈（含量85%以上）。
➢ 原液混合：经脱单体后，原液在混合器内充分混合。 ➢ 由于聚合反应是连续进行的，需控制原野质量的波动。 ➢ 做原液“仓库”用。
➢ 原液脱泡和过滤
第二十三页，共36页。
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
湿法纺丝原液的质量指标控制
第二十四页，共36页。
聚丙烯腈纤维-纺丝成型
2. 二步法制备纺丝原液 ➢工艺过程：溶剂选择、溶解、混合、脱泡、
➢后加工主要包括拉伸、水洗、干燥、卷曲、热定型、上油和打包等。
➢从工艺上又可分为先水洗后拉伸和先拉伸后水洗两种类型。
第三十一页，共36页。
第三十二页，共36页。

聚丙烯腈碳纤维性能表征规范(DOC)

聚丙烯腈碳纤维性能表征规范聚丙烯腈碳纤维的性能主要有力学性能、热物理性能和电学性能。

对于碳纤维材料来说，拉伸力学性能，包括拉伸强度、拉伸模量以及断裂伸长率是其主要力学性能指标。

由于纤维材料本身的特点，很难对其压缩力学性能进行有效的表征，因此基本不考虑纤维本身的压缩性能。

碳纤维的热物理性能包括热容、导热系数、线膨胀系数等，也是材料应用的重要指标。

电性能主要为体积电阻率以及电磁屏蔽方面的性能。

对于碳纤维的拉伸力学性能测试，各国都已经基本形成了相应的测试标准系列，这些标准系列同时包括了在力学性能测试时需要的线密度、体密度、上浆量等相关的测试。

对于热物理性能，相关的测试标准较少。

5.5.1 碳纤维性能测试标准日本从1986年开始发布了其碳纤维力学性能测试标准，有关标准见表5.30，其中JIS R7601-1986《碳纤维试验方法》涵盖了碳纤维单丝、束丝的拉伸力学性能测试方法外，还包括以及密度、上浆剂含量、线密度等测试方法及规范。

JIS R7601-2006《碳纤维试验方法（修正1）》是在国际对石棉制品应用规定严格的条件下，将JIS R7601-1986中拉伸性能测试中夹持用垫片的石棉材料进行了删除。

相比于JIS R7601-1986，JIS R7608-2007《碳纤维-树脂浸渍丝拉伸性能测试方法》被广泛地用于碳纤维力学性能的测试，其可操作性和规范性也更强。

表5.30 日本碳纤维测试标准序号标准号标准名称1 JIS R7601-1986 碳纤维试验方法2 JIS R7602-1995 碳纤维织物试验方法3 JIS R7603-1999 碳纤维-密度的试验方法4 JIS R7604-1999 碳纤维-上浆剂附着率的试验方法5 JIS R7605-1999 碳纤维-线密度的试验方法6 JIS R7606-2000 碳纤维单纤维拉伸性能试验方法7 JIS R7607-2000 碳纤维单纤维直径及断面面积试验方法8 JIS R7608-2007 碳纤维-树脂浸渍丝拉伸性能测试方法9 JIS R7609-2007 碳纤维体积电阻率测试方法10 JIS R7601-2006 碳纤维试验方法（修正1）日本东丽公司作为世界聚丙烯腈基碳纤维生产能力和水平最高的企业，也有自己的碳纤维力学性能测试内部规范，测试规范号和名称为TY-030B-01《碳纤维拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂延伸率测试方法》。

聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺

聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是制备高品质碳纤维的主要原料之一。

该纤维具有高强度、高模量、高导电性和优异的耐高温性能，被广泛应用于高端航空、航天、汽车和体育器械等领域。

本文将介绍PAN基碳纤维的生产工艺。

1. 原料准备根据生产工艺要求，选择合适的聚丙烯腈原料。

将原料进行初步处理，去除杂质和水分，以确保生产过程中的纤维质量。

2. 聚合反应将经过准备的聚丙烯腈原料溶解在适当的溶剂中，加入聚合催化剂和其他添加剂，进行聚合反应。

反应温度和时间、反应条件等要求均需严格控制，以确保聚合品质量和纤维性能。

3. 细纤化将聚合物溶液经过细纤化处理，使聚合物分子链排列有序，形成纤维形态。

细纤化方法有湿法和干法两种，其中湿法多使用纺丝机或旋转杯法，而干法则多采用气流旋转杯法。

4. 洗涤和脱水将细纤化后的纤维进行多次洗涤，以去除残留的溶剂和其他杂质。

洗涤后进行脱水处理，以去除水分，为后续的碳化步骤做好准备。

5. 碳化将经过脱水处理的PAN基纤维置于高温炉中进行碳化。

碳化温度和碳化速率对纤维质量和性能有着极大的影响，要根据产品要求进行合理的控制。

6. 热处理将碳化后的纤维再次进行高温热处理，使其内部结构进一步改善，提高其力学性能和稳定性。

7. 修边和检测对制备完成的碳纤维进行修边处理，去除开口、裂纹等缺陷。

然后进行质量检测，检查其力学、热学、导电等性能是否符合要求。

8. 包装通过卷绕或缠绕等方式对碳纤维进行包装，以便于运输和使用。

总之，PAN基碳纤维生产工艺控制精度要求高，涉及多个关键步骤，每一个环节都需要精益求精，以确保产品质量和性能稳定。

在实际生产过程中，还需要根据产品品种和规格进行细致的调整和改进，以满足不同用户的需求。

聚丙烯腈基碳纤维的发展现状（2）

聚丙烯腈基碳纤维的发展现状（2）聚丙烯腈基碳纤维的发展现状目前对我国影响最大的是聚丙烯腈基碳纤维，现正处于严重短缺的状态，影响了其他行业的发展。

虽然我国研制碳纤维已有 30余年的历史，仅初步建立起工业雏形，生产的碳纤维质量至今仍处于低水平，关键问题是 PAN 原丝质量未过关。

国内一些著名的科研机构如中科院山西煤化研究所、上海合成纤维研究所、北京航天材料及工艺研究所、中国纺大 (东华大学)化纤研究所等在此领域的研究从未中断不少试验研究的结论也与国外公开发表的论文总体上一致，但多数都是对其性能研究的较多，而原丝的质量仍是问题，由此可见我国要加强对高性能碳纤维原丝的研究。

山西恒天纺织新纤维科技有限公司在榆次腈纶生产线的基础上，经过自主开发创新，成功地生产出了高质量的PAN基碳纤维原丝，为我国“十一五”期间即将大规模产业化的碳纤维生产实现跨越式发展迈出可喜的步伐。

目前该公司与大连兴科碳纤维有限公司合作，碳化后性能优良，得到用户认可，进入批量应用阶段。

目前，已有多家企业和研究单位在研究碳纤维，产量也逐年增加，质量也在提高，随着技术的进步碳纤维必将在我国取得突破，为我国的发展作出贡献。

表1 我国目前从事碳纤维主业发展的主要企业3.2国外发展状况碳纤维生产工艺流程长，技术关键点多，生产壁垒高，是多学科、多技术的集成，其中碳纤维原丝的`生产技术更是难中之难，主要表现在碳纤维原丝的喷丝工艺、丙烯腈聚合工艺、丙烯腈与溶剂及引发剂的配比等。

目前，世界碳纤维技术主要掌握在日本东丽公司、东邦公司和三菱人造丝公司手中，这3家企业技术严格保密。

而美国赫克塞尔（Hexcel）、阿莫科（Amoco）和卓尔泰克（Zoltek）等，其他碳纤维企业均处于成长阶段，生产工艺还处于不断完善阶段。

日本东丽公司采用干湿法纺丝，以DMSO为溶剂，分别以丙烯腈/丙烯酸甲酯及丙烯腈/衣康酸为单体生产聚丙烯腈原丝，其原丝技术只转让给合作的BP-Amoco公司，另外销售给合资法国东丽Sofical 公司。

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。

二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺

二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺一、背景介绍在现代工业产品中，碳纤维是一种越来越受到重视的重要材料。

它具有优异的力学性能、高强度、高模量、轻质化等优点，在飞行器、航天器、汽车、体育器材等领域有广泛应用。

而碳纤维的生产工艺中，聚丙烯腈原丝的制备是至关重要的一步。

二、二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺介绍1. 工艺流程：将聚丙烯腈原丝浸泡在二甲基亚砜溶液中→ 拧干→ 前处理→ 氧化→ 碳化→ 拉伸→ 涂料处理。

2. 原料介绍：（1）聚丙烯腈原丝：一种纺织品级的精密化学纤维，具有优异的物理性能和加工性能。

（2）二甲基亚砜：一种无色液体，具有良好的溶解性和热稳定性，是制备高强度碳纤维的重要原料。

3. 工艺特点：（1）一步法生产工艺，节约了生产时间和成本。

（2）二甲基亚砜可回收利用，提高了资源利用效率。

（3）原丝质量稳定，碳纤维性能可控，产品品质优异。

三、工艺优化及发展趋势1. 工艺优化：（1）提高聚丙烯腈原丝的纯度和分子量，改善生产工艺条件。

（2）加强前处理工序控制，提高氧化和碳化一次性合格率，减少废品率。

（3）改进拉伸工艺，提高碳纤维产品的强度和模量。

2. 发展趋势：（1）开发新型有机溶剂和纤维材料，实现生产工艺绿色化和高效化。

（2）探索碳纤维半连续生产技术，提高生产效率，降低成本。

（3）加强碳纤维复合材料研究，拓展碳纤维应用领域。

四、结语二甲基亚砜一步法碳纤维用聚丙烯腈原丝生产工艺是目前碳纤维生产中应用广泛的一种工艺，具有工艺稳定、原材料易得、产品性能优异等特点。

但是，在实际应用中仍然存在一些技术瓶颈和问题，需要进一步深入研究和优化。

未来，随着碳纤维市场需求的增加，碳纤维生产技术也将继续发展，为行业发展带来更多机遇。

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。

一种碳纤维用聚丙烯腈初生纤维及其制备方法和应用与流程

一种碳纤维用聚丙烯腈初生纤维及其制备方法和应用与流程摘要本文介绍了一种用于制备碳纤维的聚丙烯腈初生纤维的方法以及该纤维的制备流程和应用。

通过合理调控聚丙烯腈原料的成分和工艺条件，可获得具有较高强度和模量的初生纤维。

制备碳纤维时，将初生纤维进行预氧化、炭化和热处理等步骤，最终得到具有优良性能的碳纤维产品。

本文还介绍了该纤维在航空航天、汽车制造和体育器材等领域的应用。

引言碳纤维是一种具有优良性能的高性能材料，在各个领域都有广泛的应用。

聚丙烯腈是制备碳纤维的主要原料之一，其初生纤维的性能对于最终碳纤维的质量和性能具有重要影响。

因此，开发一种制备碳纤维用聚丙烯腈初生纤维的方法，以及研究其制备流程和应用，对于提高碳纤维制备工艺的效率和碳纤维的性能具有重要意义。

聚丙烯腈初生纤维制备方法原料准备聚丙烯腈初生纤维的制备首先需要准备聚丙烯腈原料。

选择高纯度、低含杂物的聚丙烯腈单体作为原料，将其溶解于适量的有机溶剂中，得到初始聚丙烯腈溶液。

成纤过程初始聚丙烯腈溶液通过成纤机进行拉伸成纤。

调节成纤机的拉伸速度、温度和湿度等参数，使聚丙烯腈溶液能够均匀地拉伸成丝，并通过牵引器形成初生纤维。

洗涤与干燥初生纤维经过成纤后，需要进行洗涤和干燥处理。

将初生纤维放入洗涤槽中，用适量的溶剂进行洗涤，去除其中的有机溶剂和杂质。

洗涤后，将初生纤维进行脱水处理，然后通过热风干燥，使其获得一定的干燥度。

表面处理为了增强初生纤维的附着力和稳定性，还可以对初生纤维进行表面处理。

常用的表面处理方法包括离子交换、表面改性和表面涂层等。

通过这些表面处理方法，可以改善初生纤维的表面性质，提高其在后续制备工艺中的应用性能。

碳纤维制备流程预氧化初生纤维经过洗涤和干燥处理后，需要进行预氧化处理。

将初生纤维置于预氧化炉中，在氧气氛围下进行预氧化反应。

通过控制预氧化温度和时间，使初生纤维发生部分氧化，形成稳定的氧化形态，为后续炭化和热处理做好准备。

炭化预氧化后的纤维经过炭化处理，将其加热到一定温度下进行炭化反应。

聚丙烯腈纤维概述

聚丙烯腈纤维概述聚丙烯腈纤维（Polyacrylonitrile Fiber，Acrylic Fiber，Polyacrylic Fiber），商品名为腈纶或奥纶。

通常由85%以上的丙烯腈和其他单体的共聚物组成，常用的第二单体为非离子型单体，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等，第三单体为离子型单体如丙烯磺酸钠和2-亚甲基-1，4-丁二酸等。

共聚物中丙烯腈的含量在35%～85%，称为改性腈纶。

由于在外观、手感、弹性、保暖性等方面类似羊毛，所以有“合成羊毛”之称。

1931年，德国化学家Rein探索溶解丙烯腈的合适溶剂。

1934年，他发现了在某些无机盐（氯化锌、硫氰化钠、硫氰化钙）的浓溶液和氰胺盐中溶解聚丙烯腈的可能性。

然而从经济学观点来看这些溶剂并不能被人们所接受。

1941年，Rein与美国人Houtz各自独立地几乎同时发明了除α-吡咯烷酮和环丁砜以外最经济适用的溶剂：二甲基甲酰胺（DMF）。

1939年，德国法本公司首次进行了聚丙烯腈长丝纱的生产实验，并将这种纤维命名为“PAN”纤维。

在美国，Latham 描述了一种从聚丙烯腈纺丝溶液中制备纤维的工艺，按此工艺在杜邦公司进行了聚丙烯腈长丝纱的生产实验，纤维命名为ANP或纤维A。

第二次世界大战的爆发耽搁了聚丙烯腈纤维的研究。

1950年，DuPont公司在美国市场推出了名为Orlon 的聚丙烯腈纤维，该纤维是按干法纺丝工艺生产的。

1952年，首批工业生产的聚丙烯腈纤维进入德国市场，商品名为PAN和Redon。

另外，改性聚丙烯腈纤维的生产于1949年在美国Union Carbide公司开始。

在德国，聚丙烯腈的主要产地是多尔马根，在那里Bayer工厂生产出了Dralon，在此以前，德国法兰克福的Cassella-Werke Mainkur在1955年成功地通过了聚丙烯腈纤维的生产验收，而且从1956年开始，Wolcrylon（后改为Wolpryla）在沃尔芬投产，从1960年起，在Premnitz进行生产。