日美掌控PAN基碳纖維生產(chǎn)技術(shù)概況

PAN基碳纖維的研究和開發(fā)始于20世紀(jì)60年代，最初碳纖維主要用于軍工和宇航領(lǐng)域，經(jīng)過40余年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在向工業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域擴(kuò)展。



碳纖維生產(chǎn)工藝流程長，技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)多，生產(chǎn)壁壘高，是多學(xué)科、多技術(shù)的集成，其中碳纖維原絲的生產(chǎn)技術(shù)更是難中之難，主要表現(xiàn)在碳纖維原絲的噴絲工藝、丙烯腈聚合工藝、丙烯腈與溶劑及引發(fā)劑的配比等。目前，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本東麗公司、東邦公司和三菱人造絲公司手中，這3家企業(yè)技術(shù)嚴(yán)格保密。而美國赫克塞爾（Hexcel）、阿莫科（Amoco）和卓爾泰克（Zoltek）等其他碳纖維企業(yè)均處于成長階段，生產(chǎn)工藝還處于不斷完善階段。

●日本東麗公司

采用干濕法紡絲，以DMSO為溶劑，分別以丙烯腈／丙烯酸甲酯及丙烯腈／衣康酸為單體生產(chǎn)聚丙烯腈原絲，其原絲技術(shù)只轉(zhuǎn)讓給合作的BP-Amoco公司，另外銷售給合資法國東麗Sofical公司。東麗公司可生產(chǎn)T300-T1000、M30S-M70J系列的碳纖維，其中T1000碳纖維的拉伸強(qiáng)度比T300翻了一番，是目前性能最好的碳纖維。 內(nèi)容來自123456

●日本東邦公司

采用濕法紡絲，以ZnCl2水溶液，用丙烯腈和丙烯酸甲酯為單體生產(chǎn)聚丙烯腈原絲。

●日本三菱人造絲公司

分別采用濕法和干濕法工藝紡絲，濕法以丙烯腈、丙烯酰胺和甲基丙烯酸為單體，以DMF為溶劑生產(chǎn)原絲；干濕法以丙烯腈／甲基丙烯酸及丙烯腈、丙烯酸甲酯／甲基丙烯酸為單體，以DMF為溶劑生產(chǎn)原絲。

●美國赫克塞爾公司

以前由日本住友化學(xué)公司提供原絲，現(xiàn)已建成自己的原絲生產(chǎn)線，采用硫氰酸鈉一步法工藝。

●美國阿莫科

從日本東麗公司引進(jìn)原絲生產(chǎn)線，采用干濕法紡絲，以DMSO為溶劑，分別以丙烯腈／丙烯酸甲酯及丙烯腈／衣康酸為單體生產(chǎn)原絲。

近年來，國外對碳纖維技術(shù)開發(fā)研究集中在提高性能、降低成本方面。日本東麗公司根據(jù)先進(jìn)復(fù)合材料市場發(fā)展的需求，已決定逐步淘汰T300類碳纖維，重點(diǎn)發(fā)展拉伸強(qiáng)度為4000-5000MPa、價格與T300基本相當(dāng)?shù)奶祭w維品種，同時由于大絲束碳纖維性價比較高，也開始發(fā)展大絲束碳纖維。 123456

美國為降低碳纖維價格，推出了低成本碳纖維研制計劃。Oak Ridge國家試驗室開發(fā)出一種新的高速氧化方法，即交聯(lián)聚丙烯腈基碳纖維加工過程，使其固有的獨(dú)特直鏈能經(jīng)受住高溫加工過程；同時還開發(fā)了一種微波等離子體裝置，組合典型獨(dú)立和有序的碳化以及石墨化過程，簡化生產(chǎn)工藝，上述工藝每千克產(chǎn)品可節(jié)省成本2.2美元。

此外，國外某些研究部門正試驗采用聚丙烯腈外的其他材料作高性能碳纖維用原絲，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等聚烯烴類高分子材料及木質(zhì)素等，或是通過改進(jìn)現(xiàn)有聚丙烯腈原絲的工藝技術(shù)，例如采用化學(xué)改性、輻照穩(wěn)定化處理等，達(dá)到降低原絲成本的目的。