碳纤维用聚丙烯腈基原丝的研究进展

提高聚丙烯腈基碳纤维原丝质量的研究进展马向军，张裕卿（天津大学化工学院，天津３０００７２）聚丙烯腈（ＰＡＮ）基碳纤维是２０世纪６０年代迅速发展起来的新型材料，既具有碳材料的固有本性，又具有纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料。

因其具有质量轻、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小等优异性能，被广泛应用于卫星、运载火箭、战术导弹、飞机、宇宙飞船等尖端领域，已成为航天航空工业中不可缺少的材料，而且广泛应用于民用领域，如体育器材、建筑材料、医疗器械、运输车辆、机械工业等。

高性能碳纤维原丝是生产高性能碳纤维的前提。

我国研制碳纤维已有３０多年历史，至今未能产业化的关键因素之一就是国产碳纤维原丝的质量没有真正过关。

国内学者指出聚丙烯腈原丝是制约我国碳纤维工业化生产的“瓶颈”之处，攻坚已是当务之急。

这既有技术方面的原因，也有设备方面的原因，还有管理、决策等多方面的原因。

１主要的ＰＡＮ基碳纤维公司原丝工艺路线及质量状况在碳纤维的研究与生产上，日本和美国一直走在世界的前列［１，２］。

日本在宇航级小丝束（ＳＴ）碳纤维生产上占绝对优势。

宇航级小丝束碳纤维占其总生产能力的３／４，工业级大丝束（ＬＴ）碳纤维约占１／４。

从小丝束碳纤维来看：日本东丽（Ｔｏｒａｙ）和东邦（Ｔｏｈｏ）的碳纤维生产能力占世界的首位和第二位，三菱人造丝（ＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉＲａｙｏｎＣｏ．）占第三位；另外还有美国的赫克塞尔（Ｈｅｘｃｅｌ），英国石油－阿莫科公司（ＢＰ－Ａｍｏｃｏ）及中国台湾省的台塑公司。

工业级大丝束（ＬＴ）碳纤维生产商主要有美国的阿克苏－福塔菲尔公司（ＡＫＺＯ－Ｆｏｒｔａｆｉｌ）、卓尔泰克（Ｚｏｌｔｅｋ）、阿尔迪拉（Ａｌｄｉｌａ）及德国的爱斯奇爱尔（ＳＧＬ）公司。

２００４年日本东丽公司小丝束碳纤维生产能力达９１００ｔ／ａ，东邦人造丝公司５７００ｔ／ａ，三菱人造丝公司４７００ｔ／ａ。

日本这三家公司碳纤维的生产销售额占全球碳纤维市场的７５％左右。

25k-50k聚丙烯腈基原丝及碳纤维关键技术和产业化下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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碳纤维用聚丙烯腈原丝制备技术的研究进展
于淑娟;姜立军;沙中瑛;张明耀
【期刊名称】《高科技纤维与应用》
【年(卷),期】2003(028)006
【摘要】碳纤维的品质在很大程度上取决于原丝.制造品质优异的原丝的主要制约因素有聚合体中共聚单体类型、纺丝方法及工艺、拉伸工艺、干燥致密化程度、上油工艺及油剂类型.本文从以上几个方面总结了日本文献中制取高性能碳纤维原丝的几种关键技术.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】于淑娟;姜立军;沙中瑛;张明耀
【作者单位】长春工业大学,化学工程学院,吉林,长春,130012;中国石油,吉林石化公司研究院,吉林,吉林,132021;中国石油,吉林石化公司研究院,吉林,吉林,132021;长春工业大学,化学工程学院,吉林,长春,130012;中国石油,吉林石化公司研究院,吉林,吉林,132021
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342.742
【相关文献】
1.伽马射线辐照改性聚丙烯腈原丝及聚丙烯腈基碳纤维的研究进展 [J], 冯婷婷;刘梁森;马天帅;徐志伟;李静;傅宏俊;匡丽赟;李英琳
2.碳纤维用聚丙烯腈基原丝的研究进展 [J], 李艳;常青;赵厚超;陈慧慧;刘书铖
3.增塑法制备聚丙烯腈基碳纤维原丝的研究进展 [J], 李翔;党晓楠
4.高性能聚丙烯腈碳纤维原丝制备技术通过鉴定 [J],
5.超高分子量聚丙烯腈在碳纤维原丝上的应用及拉伸行为研究进展 [J], 李忠辉;杨景辉;马新胜;吴秋芳;高玮
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Ｒｅｎｄｅ ［１９］ 等 人 建 立 了 一 个 新 的 物 理 化 学 模 型 来描 述 ＰＡＮ 湿 纺 中 的 双 扩 散 现 象 ， 提 出 双 扩 散 是 系统克服热力学和动力学， 达到溶胶－ 凝胶转换的 过 程 。通 过 Ｆｉｃｋ 第 一 定 律 ， 理 论 得 出 了 凝 固 时 间 的计算式， 得出凝固时间 ｔｃ 与凝固边界 ρ的平方成 正比， 与 Ｐａｕｌ 提出的边界模型相类似。
凝固浴温度对初生纤维结构和性能也有明显
影 响 。 张 冠 等 ［２４］ 的 研 究 表 明 ， 凝 固 浴 浓 度 为 ７０ ％， 随 着 凝 固 浴 温 度 的 升 高 ， 纤 维 截 面 由 椭 圆 形 或 腰 子 形 逐 渐 变 为 圆 形 ； 当 温 度 超 过 ３５ ℃时 ， 截面接近圆形， 并且引入异形度的概念， 以量的形 式研究了凝固浴温度对初生纤维截面形状的影响。
凝固条件对扩散的影响主要是对扩散系数及 扩散速率的影响， 而扩散系数和扩散速度又受多个 因素的影响， 其中最主要的因素为凝固浴浓度、凝 固浴温度、拉伸比、纺丝原液固含量等。初生纤维 在离开凝固浴时截面形状已基本成形并固定， 任何 非圆形截面的原丝在预氧化时都会产生应力和放热 集中现象， 影响最终碳纤维的性能， 因此对初生纤 维凝固成形的研究尤为重要， 在这方面， 国内外已 做过大量的研究 ， ［２０－ ３５］ 下面是一些研究结果。 ２．２．１ 凝固浴浓度
双扩散是指由于热扩散和物质扩散的双重扩 散所引起的流体对流运动。当流体中由于温度梯度 而引起的密度梯度和由于浓度梯度而产生的密度梯 度方向相反时， 就将产生双扩散对流。因此， 凝固 浴浓度是双扩散的一个重要因素。
２ 合成纤维 Ｓ ＦＣ ２００８ Ｎｏ．２
专题综述
Ｃｏ ｍ ｐ ｒｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉｖｅ Ｒｅ ｖｉｅ ｗ

DOI：10.16661/ki.1672-3791.2018.26.001增塑法制备聚丙烯腈基碳纤维原丝的研究进展①李翔1,2*党晓楠3(1.镇江市高等专科学校医药与化材学院 江苏镇江 212000;2.镇江市功能化学重点实验室 江苏镇江 212000;3.镇江市出入境检验检疫局 江苏镇江 212000)摘 要：增塑纺丝作为一种新型的聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备方法受到了广泛关注。

该制备方法采用较少溶剂，纤维结构容易控制；但制备方法对纺丝设备以及工艺技术的要求高，尚未被应用于工业化。

本文将对目前的增塑纺丝研究现状进行全面总结，同时，对未来的研究方向进行展望。

关键词：增塑纺丝 聚丙烯腈 制备中图分类号：TQ342 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2018)09(b)-0001-04Abstract: As a new type of polyacrylonitrile-based carbon fiber precursor, plasticized spinning has received extensive attention. A small amount of solvent is used in this method and it is easy to control the fiber structure. However, this method has high requirements on spinning equipment and process technology, and has not been industrialized. This paper will comprehensively summarize the current research status of plasticized spinning, at the same time, we also forecast the future research trends.Key Words: Plasticized spinning; Polyacrylonitrile; Preparation①基金项目：2018年镇江市重点研发计划——产业前瞻与共性关键技术项目(项目编号：GY2018028)；江苏开放大学江苏城 市职业学院“十三五”2016年度科研规划课题(项目编号：16SSW-Q-019)；江苏省现代教育科技研究2018年重 点课题(2018-R-63528)；江苏省2018年高校哲学社会科学研究基金项目(项目编号：2018SJA1110)。

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
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将 原丝 变成含碳 量 大于 ９ 的碳 材 料 ， 于碳 素工 Ｏ 属 学 。碳纤 维 的生产是 多学 科 ， 多技 术交叉 的生 产 。 ２１ 聚 ． 合 制备 Ｐ ＡＮ基碳 纤维 一 般采 用 丙烯 腈 和第 二 种 单 体共 聚 ， 这样 制备 出的原 丝 在 预 氧化 过 程 中 为离
子 型反应 ， 容易 控制 ， 而且 预氧化过 程要求 的温 度较
质 提高方 面 ， 挥 着非 常 重 要 的作 用 。由于 国外对 发 碳纤 维 的技术 和产 品实施全 面封 锁 ， 因此 ， 国碳纤 我
维 的发展必 须立 足 国内 ， 自主创新 的道 路 。 走 笔者 从事 碳 纤 维研 究 多年 ， 碳 纤维 有 一 定 的 对 认识 ， 现就碳 纤维 的分 类 ， 目前生 产 工 艺 ， 最新 国 内 外现 状及应 用做 一定 阐述 。 １ 碳纤维 分类
强度 （ ＵＨＳ 碳 纤维 、 高模 量 （ ） 超 ＵＨＭ） 纤维 ； 照 碳 按
丝束 的大小 可 以分 为 大 丝束 和 小 丝 束 ， 大丝 束 一 般 指 ４ ￣４ ０ 小丝束 一 般 指 １ ４ １ 的含 义 为 ８ ８ Ｋ， ～２ Ｋ（Ｋ
一
条碳纤 维丝 束 含 １０ ０ ０根单 丝 ） 。由于 Ｐ ＡＮ 基 碳
２ １ 年纪代 但校禾第 ３ ０１ 、 期
综 合评述 — —
聚 丙烯 腈 基碳 纤 维 研 究进 展
马 刚峰 ， 李 峰， 徐泽 夕 ， 李存 生
４ ６ １） ７ １ ３ （ 南 永 煤 碳 纤 维 有 限公 司 ， 南 商 丘 河 河 摘
要 ： 述 了 目前 Ｐ 综 ＡＮ基 碳 纤 维 的 生 产 工 艺 —— 聚 合 、 丝 和 预 氧 化 、 化 及 关 键 控 制 指 标 ， 绍 了 纺 碳 介

聚丙烯腈论文：碳纤维用聚丙烯腈溶液共聚合反应研究【中文摘要】碳纤维自上世纪六十年代开始发展以来,以其比重小、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀等一系列优良特性,成为未来最具发展前景的材料之一。

制备碳纤维的前驱体有很多,其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的产量占到了90%以上。

聚丙烯腈基碳纤维的生产可分为两步：聚丙烯腈纺丝原液的制备和原丝的预氧化与炭化。

其中的聚丙烯腈往往是丙烯腈和少量其它单体的共聚物,共聚物的合成是制备碳纤维的第一步,也是最为关键的环节,其性能直接影响到碳纤维的性能。

本论文采用高浓度的丙烯腈(AN)和少量衣康酸(IA)混合物为共聚单体,低浓度的偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在溶剂二甲基亚砜(DMSO)中,进行丙烯腈溶液共聚合,制备高分子量的聚丙烯腈。

通过测定不同温度、引发剂浓度、共聚单体含量、总单含量下,经过不同反应时间条件所得到的AN-IA共聚物的转化率,探讨了上述因素对聚合反应速率的影响。

以DMF为溶剂,在30℃条件下,用乌氏粘度计测量各个反应条件下所得共聚物的分子量,探讨聚合条件对分子量的影响。

经过上述实验,得到了转化率30%以下,粘均分子量在30-100万的AN-IA共聚物。

发现不同的条件下,聚合过程中聚合液及共聚物的形态差别较大。

经过定量测定,绘制了各个条件下反应的转化率-时间关系曲线。

发现反应速率和分子量均随总单浓度的增大而增大,却均随衣康酸含量的增大而减小。

温度、引发剂含量的增大均使反应速率显著增大,却使分子量减小,而反应时间的增大虽使转化率增大,但对分子量却基本没有影响。

以衣康酸单正丁酯(MI)为共聚单体,中等浓度的偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在二甲基亚砜(DMSO)中,进行AN-MI溶液共聚合。

初步探讨了IA的加入对共聚反应的影响,并得到一组转化率-时间关系图。

在各个不同温度下,改变AN/MI配比,得到转化率为10%以下的AN-MI共聚物。

采用元素分析方法,得到共聚物中两种单体单元的组成。

ｐ １ａ ｒ ｌ ｎｔｉ ｉｅ ｆＪｌ ｅ ｒ —ｈ ｍ ｉａ ｏ ｐ ｎ ｓｓ ｍ ｍａ ｉｅ ｅａｌｄ Ａｔｔ ｅ ｓ ｍ ｅｔ ｅ ｈ ｏ ｙ ｃ ｙｏ ｉｒｌ ｆｂ ｒｏ ｉ ｐ ｔｏｃ ｅ ｃ ｌｃ ｍ ａ ｙ ｉ ｕ ｅ ｉｎ ｒｚ ｄ ｄ ｔ ｉ ． ｅ ｈ ａ ｉ ，ｔ ｅ ｍ
ｃ ｐａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｅ ． ｏｍ ｎｙ ｉ ｒ ｄｉｔ ｄ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｃ ｒ ｎ ｆｂｅ ｄ ａ ｂｏ ｉ ｒ；ｐｏ ｙａ ｒ ｏ ｔｉｅ ｆｂｅ ；ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｈｎ ｑｕ ｌ ｃ ｙｌ ｎｉｒｌ ｉ ｒ ｎｇ ｎｅ ｒｎｇ ｔ ｃ ｉ ｅ；ｐ ｏｃ ｔｏ ｒ ｕｃ ｉ ｎ．
和热膨 胀 系数 小 等 一 系 列 优点 ， 广 泛 应用 于航 被
必 须坚 持独 立 自主 的道 路 。我 国 的碳 纤维 研 发工
ｒ ｃ ｎｔｐｒ ｇｒ ｓ ｆｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｈｎ ｑｕ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｒ ｓ ｎｔ ｓｔ ａ ｉ ｎ ｏ ｏ ｅ ｅ ｏ ｅ ｓ ｏ ｎｇ ｎｅ ｒｎｇ ｔ ｃ ｉ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｎｄ ｐ ｅ ｅ ｉｕ ｔｏ ｆｐｒ ｄｕｃ ｉ ｎ ｆ ｒ ｃ ｒ ｏｎ ｆｂ ｒ ｔｏ ｏ ａ ｂ ｉ ｅ
２ 中 国石 油 吉林 石 化 公 司 碳 纤 维 厂 ， 林 吉 林 １ ２ ２ ） ． 吉 ３ ０ １
摘 要 ：回顾 了碳 纤维材 料 的发 展历 程 与现状 ， 系统地 总结 了吉林 石化 公 司 Ｐ ＡＮ基 碳 纤维 及 其 前躯 体 聚丙 烯腈 纤维 的技 术研 发 历程和 取 得 的关键 技 术成果 ， 时， 同 详细 介 绍 了碳 纤 维 的工 程 技术 研 究进展 与产 业化现 状 ， 展望 了吉林 石化 公 司碳 纤维材 料 的产 业发 展前 景 。 关键 词 ： 纤 维 ；聚 丙烯 腈 纤维 ；工 程技 术 ；产 业化 碳

聚丙烯腈基（PAN）碳纤维复合材料2010136103徐铭华摘要:对PAN基碳纤维的发展历程、现状以及以其为增强体的复合材料进行了综述，并对PAN基碳纤维增强复合材料在航天领域的主要使用情况进行了介绍，最后对我国高性能碳纤维复合材料的现状及发展重点进行了探讨。

关键词:PAN基碳纤维;复合材料;航天领域;使用Abstract:In this article, the development of PAN-based carbon fiber, its character and composites reinforced by it is overviewed. The main application of carbon fiber reinforced composites on aerospace is also introduced here .Finally, the status and future development of PAN-based carbon fiber is discussed.Key words: PAN-based carbon fiber; composites; aerospace; application1.前言随着科技的发展和进步以及各国对空间光学遥感器的进一步需求，空间遥感器必然向高分辨率、长焦距、大口径、大视场、大体积而质量更轻的方向发展[1]，然而，发展质量更轻的空间光学遥感器，必须采用性能优异的轻质结构材料，碳纤维复合材料(CFRP)的使用是实现这一要求的最好途径之一。

CFRP是以树脂为基体，碳纤维为增强体的复合材料[2]碳纤维具有碳材料的固有本征特性，又有纺织纤维的柔软可加土性，是新一代军民两用的增强纤维。

它优异的综合性能是任何单一材料无法和其比拟的，现在己经成为先进复合材料的主要增强纤维之一。

CFRP是20世纪60年代中期崛起的一种新型结构材料，一经问世就显示了强大的生命力[3,4]。

Ｍｅａｓａ ｄＭａｅｉｌ， ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎｅａ ｄＴｅｈ ｏｏ ｙＢ ｉｎ ， ｅ ｉｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） ｔｌ ｎ ｔｒ ｓ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｉｇ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ａ ｙ ｊ ｊ
摘要 ： 综述 了近年来聚丙烯腈基碳纤维原丝热稳 定化过程 的研 究进展 ， 结合 自己的研 究结果 系统地评 述 了热稳 定化反 应机理、 预氧丝的微观组织结构 以及工艺参数对热稳定 化的影响 ， 并在 此基 础上对聚丙烯腈纤维 热稳定化的研究 前景进
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６ ２
材 料 工 程 ／２０ ０ ６年 １ 期 １
聚 丙 烯 腈 基 碳 纤 维 原 丝 热 稳 定 化 研 究 进 展
Ｒｅ ｉｗ ｎ ｔ ｅ Ｔｈ ｒ ｌ ｔ ｂ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｖ ｅ ｏ ｈ ｅ ｍａ ａ ｉ ｚ ｔｏ ｆＰＡＮ— ｓ ｄ Ｓ ｉ Ｂａ ｅ Ｃａ ｂ ｎ Ｆｉ ｅ ｅ ｕ ｓ ｒ ｒ ｏ ｂ ｒＰｒ ｃ ｒ ｏ ｓ
于 美杰 王成 国 朱 ， ，
波 徐 ，
勇
（ １山东 大学 材 料科 学 与工 程学 院 山东 省碳纤 维 工程 技术 研究 中心 ，
济南 ２０ ６ ； 京科 技大 学 新金 属 材料 国家重点 实 验室 ， ５０ １２北 北京 １０ ８ ） ０ ０ ３
ＹＵ ｉ ｉ Ｍｅ ｅ ，Ｗ ＡＮＧ ｅ ｇ ｇ ｏ ，Ｚ ｊ Ｃｈ ｎ — ｕ ＨＵ ｏ ， Ｂ ＸＵ ｎ Ｙｏ ｇ
ｂ ｌｚ ｔｏ ｓ ｐｒ ｐｏ ｅ ． ｉｉａ ｉｎ ｗａ ｏ ｓ ｄ
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｌ ａ ｒ ｌ ｎ ｔ ｉ ；ｃ ｒ ｏ ｉ ｅ ；ｔ ｅ ｍａ ｔ ｂ ｌ ａ ｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｙ ｃ ｙ ｏ ｉｒ１ ｅ ａ ｂ ｎ ｆｂ ｒ ｈ ｒ ｌｓ ａ ｉ ｚ ｔｏ ｉ

批号 NaSCN 原丝 DMSO 原丝
5- 3 21319 21492
表 2 DMSO 和 NaSCN 两种原丝碳纤维强度比较
5- 6 21246 21443
5- 7 21159 21621
5- 8 21366 21589
5- 9 21246 21492
5 - 10 21280 21682
5 - 12 21493 21462
一
二
三
凝固丝比重
25
-
-
22
25
-
22
25
40
11172 7 11186 1
总拉伸倍数 纤维强度/ cN·dtex - 1
615 710～716 812～818
311～315 毛丝多 315～410 毛丝多 410～414 毛丝少
·4 ·
金 山 油 化 纤 2001
第 4 期 金 山 油 化 纤
·3 ·
酸乙烯等 。根据国内具体条件我们选用了 IA 和 MA 作为共聚单体进行了试验研究 。
IA 含有羧基 ,由于羧基具有电负性能够促使 相邻氰基上的碳原子进行环化反应 ,因而可使预 氧化时间成倍降低 ,而 MA 主要是可以改善纺丝 性能 。二元 、三元不同共聚组成原丝的差热分析 如表 3 所示 。
( GPa) 平均 21301 21541
3 原丝化学组成的选择
PAN 受热发生环化等反应速度很慢 ,一般至 少需 10 h 以上 。在 PAN 中加入第二 、三组分除可
改善纺丝性能外 ,还用以提高预氧化速度 。据文 献报导 :可供用作共聚的单体有 IA 、甲基丙烯酸 (MAA) 、丙 烯 酸 甲 酯 ( MA) 、甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 (MMA) 、丙烯酰胺 、甲基乙烯酮 、羟基丙烯腈 、醋

２４Ｎ ｍ ２ ９０ ／ ｍ ，模量 ＞ ０ ／ ｍ ） ２Ｎ ｍ ２。个别厂还能生产石 墨纤 维 （ 张 强 度 ＞ １６Ｎ ｒ ２ 模 量 ＞３Ｎ 抗 ９０ ／ ｍ ， ａ ０／
ｍ
ｍ ） ２。
由于长期来 我 国碳纤 维 均为军 工及 尖端技 术服 务 ，研 制 单位有 限 ，只是小 批 量生 产 ，其 单位 不会
・
４５ ・
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２０ 年 ｉ代饧织技ｆ第 ｌ ０７ 巳 期
大 、毛丝 多 、分 散 性 差 、易 粘 结 、表 面 处 理 不 配
ｌ２ ／ １ ｇ ｍ２
中 图分 类 号 ：Ｉ １２５７ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ Ｓ０ ． ２ ０９—２５ （Ｏ ７ １ Ｉ ５ ３ ６ Ｘ ２０ ）０ 一（４ —０ ）
碳纤 维作 为 一 种 新 型 材 料 ，具 有 质 轻 、高 强
１ 我 国碳 纤维发 展状 况
度 、高模量 、耐高温 、耐腐蚀 、 抗蠕变 、导电、传
Ｐ 基碳 纤 维 的发 展 ，从 此 世 界 上 Ｐ 基 碳 纤 维 Ｎ Ａ Ｎ Ａ
为用于制备碳纤维 的 Ｐ 原 丝要求 高，应具备以 Ｎ Ａ
下 几点要 求 ［ ：ａ ）结 构 均 匀 致 密 ，纤 维 内 、外 部 ］
的总需求 量逐 年增 多 。
的缺陷少；ｂ ）金属等杂质含量低 ，溶剂残留量低 ； ｃ 纤维的超分子结构规整 ，取 向度高，结 晶度高 ； ） ｄ 纤 维 的物理 机械性 能 优 异 ；ｅ ） ）纤 维纤 度 小 ，直
的努力，能够生 产高强 ｌ （ 张强度 ＞２５Ｎ 型 抗 ４０ ／ ｍ ｍ ， ２ 模量 ＞２Ｎ ｍ ２，高强 Ⅱ型 （ ４／ ｍ） 抗张强 度 ＞
维【２ Ｉｌ ’。由 Ｐ 原丝能制得高性能碳纤维 ，且生产 Ｎ Ａ

聚丙烯腈基碳纤维的组织结构演变过程研究
聚丙烯腈基碳纤维，是在聚合物材料中发挥重要作用的一种高分子纳米纤维材料，在航空、航天、穿戴设备、智能终端的安全保护和元器件的制造中发挥重要作用。

这种高分子材料的组织结构演变，在纳米技术方面有重要的意义。

首先，我们要了解聚丙烯腈基碳纤维组织结构演变。

研究发现，当聚丙烯腈树脂在熱塑性变形过程中，由于施加的压力使其分子自我组装，在分子结构有序排列后，会生成具有特定厚度的碳纤维表面。

即使不加工压力，树脂仍然可以形成一定厚度的碳纤维，但该组织结构的特性强度低，抵抗性差。

其次，聚丙烯腈基碳纤维组织结构演变可以分为三个阶段，即熔点阶段、颗粒阶段和流平阶段。

在熔点阶段，聚合物物料在施加压力的条件下，因其流体性和塑性性质发生不稳定性，形成类似滴液的形状，有助于分子的有序自我排列；在颗粒阶段，聚丙烯腈树脂由于熔融温度的不同，导致其分子链发生剧烈振动，从而形成类似玻璃的状态；在流平阶段，聚合物物料以施加的压力为动力源，经过长时间的结晶影响和热能合成，形新型的热塑性结构，可以得到丰富的厚层碳纤维。

最后，聚丙烯腈基碳纤维的组织结构演变，有利于改善现有纤维材料的性能，并可用于研发新型的聚丙烯腈基碳纤维，这将有助于提高航空、航天、穿戴设备、智能终端的安全性，满足现代社会对高性能、多重功能材料的需求。

称取 ３ ｇ左 右试 样 ， 置 于 已在 ８ ０ ０℃ 下 灼烧 至恒 重 的瓷坩 埚 中 。将 装有 试样 的坩 埚放 在 电炉上加 热， 燃烧 至无 黑 烟 冒 出为 止 。将 坩 埚 放人 ８ ０ ０ ｏ Ｃ
碳 化 以及 ８ ０ ０ ｏ Ｃ以 上 的高 温 碳 化 等 过 程 ， 因此 原 丝 用油 剂 不仅应 具备 常规 油 剂 的特 性 ， 赋 予 纤 维 平 滑性 、 抗 静 电性 和集束 性 ， 还应使 原 丝具 有足 够 的耐 高温性 、 分 纤性 和 防融着 性 ， 以便 在预 氧化 和 低 温碳 化 过程 中避 免单 丝之 间 因局部 热而 发生 黏 连 或并 丝 ， 从而 减少 表 面缺 陷 ， 得 到高 质量 的碳 纤
期 为 聚丙 烯腈 基 碳 纤 维 原 丝 （ 以下 简 称 原 丝 ） 的 工 业化 生产 提供 参 考 。
后称重。经萃取得到的油剂 同样在 １ ０ ５ ｏ Ｃ 烘箱中 烘 至恒 重后冷 却 、 称重 。
２ 结果 与讨 论
１ 试 验部 分 １ ． １ 主要原 料
２ ． １ 上 油位 置对原 丝 干燥致 密化效 果 的影 响
为 了 了解 上油 位置 对原 丝干燥 致 密化效 果 的 影响 ， 调 整 上 油位 置 ， 分 ３种 情况 进 行 了试 验 ： 一 种是 只在 干燥 致密 化前 上 油 （ 前上油） ； 另 一 种 是
聚丙烯 腈 （ 丙烯 腈 一丙烯 酸 甲酯 一衣 康 酸 水 相 悬浮 聚合 产 物 ） ， 自产 ， 相 对 分 子质 量 为 ７ ０ ０ ０ ０
油 剂 的这些 作 用 只有 在 合理 的上 油工 艺条 件 下 才能 得 到充 分 发 挥 。因此 ， 原 丝 上 油 工 艺 的选 择 对 于改 善 和 提 高 原 丝 性 能 具 有 十 分 重 要 的 意

聚丙烯腈基碳纤维的发展现状聚丙烯腈基碳纤维的发展现状1、前言：碳纤维是一种以聚丙烯脯(PAN)、沥青、粘胶维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化而制得的含碳大予90％的高强、高模、耐高温特种纤维。

既有碳材料的固有本征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，具有很高的抗拉强度和模量。

其强度约为钢的4倍，密度为钢的1/4，因此，具有很高的比强度和比模量，加上它具有耐高温、线膨胀系数小、尺寸稳定性好、导电、耐化学腐蚀、抗蠕变等一系列优良性能，一经问世，便为航空领域所青睐，在体育娱乐、休闲用品、医疗卫生土木建筑方面也有广泛应用，是一种属于军民两用的科技纤维。

已成为结构材料、功能材料的佼佼者，从军工、到民用，在各个领域中广泛应用,被誉为 21世纪最有生命力的新型材料其中PA基碳纤维由于生产工艺简单、产品力学性能良好.因发展较快，成为最主要和占绝对地位的品种。

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于具有较高的抗拉强度、弹性模量和碳化收率，成为当前碳纤维工业生产的主流。

有关碳纤维的研制和开发在一些发达国家倍受重视，它的研制和开发在新技术革命中占有重要地位。

目前工业生产中主要采用聚丙烯腈(PAN纤维、沥青纤维或粘胶纤维为原丝来生产碳纤维。

由于PAN 原丝能制得高性能碳纤维，且生产工艺较其他方法简单，产品的力学性能良好，因而得到迅速的发展。

碳纤维的研制是近年来发展起来的，聚丙烯腈(PAN)基碳纤维研制的先驱工作是日本的进滕等人在20世纪60年代第一个用 PAN 纤维作原丝制成了PAN 基碳纤维，这一工艺很快受到重视。

并实现了通用型 PAN 基碳纤维的工业化生产。

而英国在此基础上很快开发了高性能的 PAN 基碳纤维的生产技术，处于了领先地位。

20世纪70年代后，由于美国航天工业的高速发展，极大地促进了PAN 基碳纤维的发展，从此世界上 PAN 基碳纤维的总需求量逐年增多。

2、碳纤维分类及性能按原料体系主要有聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。

2016年10月聚丙烯腈基碳纤维生产研究林雪森王启利（吉林石化公司碳纤维厂，吉林吉林132021）摘要：本文通过目前市场上关于纺丝、PAN基炭纤维的生产工艺、碳化等各个指标研究了聚丙烯腈基碳纤维的生产。

还探讨了目前国内市场的碳纤维的发展趋势。

关键词:碳纤维；聚丙烯腈；发展碳纤维上结合了众多材料的优点，被国际评为是现代高科技领域的典型代表工业材料，具有新材料之王的美称。

碳纤维有以下几种优点：能够让大量的x光穿透、受热不易膨胀、导电，导热能力强、震动衰减性高，抗疲劳、受得了摩擦、不易被腐蚀、耐高温、密度低，碳纤维本身并不是磁体但是能够屏蔽电磁，碳纤维的这些，优点被人们广泛地应用在，国防事业，医疗方面，航天事业以及汽车构件，建筑加固，塑料增强等方面。

碳纤维拥有那么多的优点主要是因为它的含碳量为9/10以上，碳纤维在未来的发展趋势被人们所看好。

碳纤维产业的发展提供给了国防军业更高的防护作用，碳纤维产业的发展还有效地促进了我国经济的发展，为我国经济提高发挥了举足轻重的作用。

碳纤维的发展前景被人们所认可，国外更是对碳纤维的技术进行了全面的封锁，所以我国要想更好的发展碳纤维产业，必须走全面自主的创新道路。

1碳纤维分类目前国际上生产的碳纤维90%都为PAN基碳纤维，这主要是因为PAN基碳纤维的性能远远高于其他碳纤维的性能，面对其他纤维具有高的优势。

经过历史的发展，PAN碳纤维已经领导了当今碳纤维工业的发展。

将碳纤维进行分类，按照碳纤维的力学性能来分可以分为：超高模量碳纤维，高强度碳纤维，高模量碳纤维，超高强度碳纤维，高性能碳纤维，通用碳纤维。

按照材料来分类可以分为3种纤维，分别为：载胶基碳纤维，沥青基碳纤维，聚丙烯腈基炭纤维。

如果按照碳纤维的丝束来分的话可以分为小丝束和大丝束纤维，小丝束是指1到24k，1k表示为一条碳纤维含有1000根单丝，大丝束中含有48到480k。

2PAN碳纤维的生产PAN碳纤维的生产过程又长又复杂，分别有3个步骤：第一，通过聚丙腈单体相互聚合得到原液，第二步，再由原液进行PAN原丝的制作。