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  • 甘肅郝氏炭纖維是一家專門從事碳布,硬質復合炭氈,炭纖維布,炭纖維復合氈的民營高新技術企業。
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    甘肅碳纖維生產廠家的發展亟待攻克瓶頸
    來源:lzcf.com 發布時間:2019/1/22 17:54:56
     高性能纖維是指耐熱好、質量輕、強度高、高模量的特種纖維材料。作為高性能纖維的一種,碳纖維既有碳材料的固有本征,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代軍民兩用新材料,已廣泛用于航空航天、交通、體育與休閑用品、醫療、機械、紡織等各領域。 
    美國聯合碳化物公司(UCC)于1959年開始最早生產粘膠基碳纖維,五六十年代是粘膠基碳纖維的鼎盛時期,雖然目前已開始衰退,但是它作為耐燒蝕材料至今仍占有一席之地。1959年,日本研究人員發明了用聚丙烯腈(PAN)原絲制造碳纖維的新方法。在此基礎上,英國皇家航空研究院研制出了制造高性能PAN基碳纖維時技術流程,使其發展駛入了快車道,PAN基碳纖維成為當前碳纖維工業的主流。產量占世界總產量的90%左右。1974年,美國聯合碳化物公司開始了高性能中間相瀝青基碳纖維Thornel-P55的研制,并取得成功。目前Thornel-P系列高性能瀝青碳纖維仍是最好的產品,這樣就形成了PAN基、瀝青基和粘膠基碳纖維的三大原料體系。 
    我國從20世紀60年代后期開始研制碳纖維,至今已有三十多年的歷史。1976年在中科院山西煤炭化學研究所建成我國第一條PAN基碳纖維擴大試驗生產線,產品性能基本達到日本東麗公司的T200,國內也叫做高強Ⅰ型碳纖維。我國從“六五”開始研制高強Ⅱ型碳纖維(相當于T300),但歷經20年,產品性能指標仍未達到T300標準,至今仍處于中試放大階段。專家認為,制約我國碳纖維發展的“瓶頸”是PAN原絲質量沒有真正過關。 
    提高PAN原絲質量 

    PAN原絲不僅影響甘肅碳纖維的質量,而且影響其產量和生產成本。換言之,只有高質量的原絲才能生產出高性能碳纖維,才能穩定生產,提高產量,降低成本。對于現代碳纖維生產線,要求喂入絲束數在100以上,且高速運行;如果原絲質量低劣、彼此性能差異較大,易在生產過程中產生毛絲纏結,甚至發生斷絲,很難穩定生產,這樣必然加大原絲的損耗。對于質量好的PAN原絲,用2.2kg左右的原絲可生產出1kg碳纖維;而質量差的原絲,則需2.5kg,甚至更高,這必然加大生產成本,而原絲成本占碳纖維生產成本的50~65%。所以,PAN原絲質量不僅可左右碳纖維的性能,而且也制約著碳纖維的生產成本和市場競爭能力。 

    甘肅碳纖維生產廠家

    擴大生產線規模 
    除PAN原絲質量外,擴大生產規模也是降低成本的有效途徑。國外一條碳纖維生產線的年生產能力在200噸以上,而我國至今還沒有一條百噸級碳纖維生產線。這也是我國工程化開發的差距之一。為了降低生產成本,國外大絲束碳纖維(48K~480K)發展很快,形成了與小絲束(1K~24K)碳纖維競爭市場的格局。而國內目前還沒有正式的大絲束PAN原絲生產廠家,也就沒有大絲束碳纖維生產裝置與技術。 
    增強拉伸強度 
    碳纖維是由有機PAN纖維經過一系列熱處理轉化而來的。碳纖維屬于脆性材料,拉伸強度等性能受控于各類缺陷。因此,在一定意義上來講,提高碳纖維的拉伸強度等性能就是采取技術措施減少缺陷數目、減小缺陷尺寸的過程。從碳纖維的缺陷產生可大致分為兩類:一類是先天性缺陷,由PAN原絲“遺傳”給碳纖維;第二類是后天性缺陷,在預氧化、碳化等一系列后處理過程中產生。從缺陷在碳纖維中所處的位置又可分為表面缺陷和內部缺陷兩大類,而表面缺陷占缺陷總數的90%左右,對拉伸強度的影響要比內部缺陷大得多。所以,在生產碳纖維全過程中(從聚合開始到碳纖維提高碳纖維拉伸強度的主要途徑。碳纖維的理論強度為180GPa,目前世界上強度最高的碳纖維T1000(日本東麗公司)的拉伸強度也僅是理論值的3.9%,而國產碳纖維的拉伸強度則更低,所以提高碳纖維的拉伸強度有很大的潛力和空間。 
    對碳纖維發展的建議 
    碳纖維是一門多學科交叉、多技術集成的系統工程,質量的提升涉及到方方面面??蓮囊韵聨讉€方面優先考慮: 
    研制高純度原絲,把先天性缺陷降低到最小程度 經大量檢測表明,國產原絲和碳纖維所含堿、堿土金屬和鐵的含量比國外大得多。它們的存在不僅影響聚合和紡絲的穩定性,而且在高溫碳化過程中逸走而殘留下孔隙,所以,聚合所用原料要純,紡絲空間應潔凈化,所用設備應耐腐蝕。 
    原絲高強化 經測試和有關資料表明,我國PAN原絲強度(力)比較低,國外在6.0g/d以上。在一定范圍內,碳纖維的拉伸強度隨著原絲強力的提高而提高,而提高原絲強力的技術措施之一是相應提高PAN樹脂的分子量。 
    細旦化 高強度碳纖推的發展趨勢之一是單絲直徑較細。直徑越細,包含大缺陷的幾率越少,尺寸效應十分顯著。納米碳纖維可望在性能上有大的突破。 
    均質化 均質化主要是纖維橫截面由表及里結構均勻,性能一致。這就要求PAN原絲。預氧化纖維和碳纖維無明顯的皮芯結構。纖維的皮芯結構易在凝固成纖過程或預氧化熱處理過程產生,最佳工藝條件的選擇則十分重要。 
    細晶化 對于脆性材料,缺陷大小與微晶尺寸視為同一數量級。細晶化有利于對缺陷的控制和碳纖維抗拉強度的提高,特別是壓縮強度的提高。細晶化應從聚合開始,貫穿于生產碳纖維的全過程。 
    隨著我國經濟的快速發展,國內碳纖維的需求與日俱增,而加強技術創新是我國碳纖維加快發展,實現產業化的關鍵。
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