國內外聚丙烯腈碳纖維發展概況

  一、國外發展概況
  1、概述
  碳纖維(CF)是一種比強度、比模量高的增強和功能型新型纖維材料,是從20世紀60年代迅速發展起來的高科技產品。它具有密度低、耐熱、耐化學腐蝕、耐磨擦、耐熱沖擊和導電、電熱、抗輻射,良好的阻尼、減震、降噪等,系列綜合性能,作為纖維它還有柔軟性和可編織性,特別突出的是它的高比強度和高比模量兩大特性,使得它被廣泛應用于航空航天、國防軍事等尖端領域以及高級體育用品、醫療器械等民用用途。近年來隨著應用領域的技術開發,碳纖維的價格降低,使碳纖維在一般工業領域的應用取得了新的進展與突破。
  制備碳纖維的前驅體有很多,可以用粘膠纖維、瀝青、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇、木質素、聚氯乙烯、酚醛樹脂、聚苯并噻唑等原料。得到目前為止,取得工業規模生產的僅僅有聚丙烯腈、粘膠和瀝青3種,其中聚丙烯腈基碳纖維綜合性能好,產量占90%以上,瀝青基碳纖維在強度等性能方面稍差,但成本較低,也有一定的需求;粘膠基碳纖維生產工藝復雜,碳化率低,成本高,一般只限于軍事領域高技術產品應用。
  2、PAN碳纖維分類
  碳纖維大致可分為通用型、高強型、高模型、高強高模型四大類。通用型碳纖維是指抗拉強度在0.6-1.2GPa,抗拉模量在30-40GPa左右,技術性能要求不高但價格要求便宜,廣泛用于民用產品;高強型碳纖維的抗拉強度一般在3.0GPa以上,名牌號指標也不相同,但抗拉模量要求較高,一般在300GPa以上,但對抗拉強度要求相對較低,主要用于要求形態穩定的部件,高強高模型碳纖維對抗拉強度和抗拉模量均要
求很高,以日本東麗公司生產的M620J為例,抗拉強度達到3.92GPa,抗拉模量為588GPa.
  美國將在1600℃下碳化的纖維稱碳纖維,而把經過2000℃以上經過高溫處理的纖維稱為石墨纖維,日本則統稱為碳纖維,這種碳纖維主要應用于航天領域。
  3、CF發展史之回顧
  1)概述地區
  1959年日本人進藤昭男發明了用PAN原絲制取碳纖維的新方法,并申請了;
  1962年,日本碳素公司獲得實施權,月產能力為0.5噸;
  1963年,英國皇家研究院的瓦特和約漢遜在預氧化和碳化過程中施加張力牽伸制得了高強度碳纖維,打通了制取高性能碳纖維的工藝流程并沿用至今.
  1969年,日本碳素公司的PAN基高模量碳纖維商品化;
  1969年召開的第十屆碳素會議上,確高分子PAN基礎碳纖維的主流地位,從此PAN基碳纖維象雨后春筍般地迅速發展起來.
  1971年,東麗公司開始生產PAN基碳纖維(1噸/月),品牌為T300,M40,以后性能不斷提高.其性能表如下:

  1937年,東邦貝絲綸工業規模生產PAN基CF(0.5噸/月);
  1982年,三菱人造絲引進美國Hitco公司PAN基CF技術;
  1984年,日本東麗公司研制成功T800CF(δ=5.5GPa,E=295GPa,ε=1.8%;
  1986年,臺灣塑膠公司共(高雄)引進美國Hitco技術生產PAN基CF,并獲得成功;
  1994年,AKZO Nobel Fortafil公司大量生產大絲束碳纖維.