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聚丙烯腈纳⽶纤维的发展现状与展望聚丙烯腈纳⽶纤维的发展现状与展望关键词：聚丙烯腈；静电纺丝；纳⽶纤维；活化；纳⽶碳纤维摘要：聚丙烯腈(PAN)，⼀种以良好的稳定性和机械性能著称的聚合物，已经⼴泛应⽤于碳纳⽶纤维(CNFs)的⽣产中，由于其环境友好性和商业可⾏性等诸多优良特点，近来很受关注。
在⽣产碳纳⽶纤维(CNFs)的众多单体中，由于聚丙烯腈的⾼含碳量和加⼯中的灵活性，以及腈类聚合物的阶梯型结构组成，碳纳⽶纤维(CNFs)也很容易获得稳定的产品。
由此可见，它们在电⼦、组织⼯程膜、过滤材料和⾼性能复合材料等领域有⼴泛的应⽤。
本⽂综述了PAN和PAN 预聚体是⽣产PAN碳纳⽶纤维(CNFs)聚合物原料中的混合物和各种复合材料。
各种PAN的改性和PAN未来的前景在不同的科学技术学科领域都将得以研究。
1. 介绍聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯腈的共聚物已经⼴泛地地在商业/技术开发领域研究了近⼀个世纪。
PAN可被交联，但也可能存在不交联。
PAN的交使其产⽣了⼀些重要的物理性能。
⽐如不溶性和耐普通有机溶剂溶胀性。
近来，相当⼤的努⼒⼀直致⼒于研究聚丙烯腈（PAN）的加⼯和纤维成型技术。
在⽤于⽣产碳纳⽶纤维（碳纳⽶纤维）的各种不同预聚体中，聚丙烯腈是最常⽤的聚合物，由于梯形结构的腈类通过聚合形成；主要是由于其⾼的碳产率（⾼达56％）、弹性剪切最终使碳纳⽶纤维（CNF）产品容易获得稳定的结构。
PAN的化学性质是⾮常重要，因为其在形成纳⽶碳纤维的不同应⽤中，包括⾼多孔结构化纳⽶碳纤维的预聚体的使⽤中表⾯存储电⼦和能量应⽤，以及在⽯墨增强丝线⽤于⾼强度和⾼刚度的有机复合材料中的应⽤。
最近Inagaki等；介绍了化学和纳⽶碳纤维的应⽤科学技术发展研究主要限于⽇本。
Barhate和罗摩克⾥希发表了纳⽶纤维作为过滤微⼩材料的过滤介质。
李霞讨论关于静电技术⽣产纳⽶纤维的发展趋势。
然⽽，据我们所知，关于PAN-based CNFs研究的不同的技术和PAN-based CNFs 在诸多不同领域中的应⽤，如图1，对PAN基碳纳⽶纤维的整体批判性的评价没有过评论。
高性能纤维（五）酚醛纤维（PNF）酚醛纤维是一种三维交联的阻燃有机纤维，1968年由美国金刚砂（Carborundum）公司的J．Economy首次申请相关专利，该纤维的问世打破了三维交联树脂无法成纤的固有观念，并促进了蜜胺等交联纤维的相继出现。
20世纪70年代，美国、日本等对酚醛纤维进行了持续的研究，但由于纤维力学性能欠佳，没有得到大规模的开发应用。
随着通用化学纤维在家居、装饰中的应用，化纤在室内火灾中的危害与日俱增，化纤的阻燃及发烟性能再次被人们关注。
酚醛纤维从化学组成上来看，大约含76%的碳、18%的氧和6%的氢，不含其他元素，是一种无结晶、无取向的体型结构聚合物。
酚醛纤维抗燃性能突出，LOI达30%～34%，并具有自熄性，在火焰中不熔融，冒烟少；碳化中能保持原有的形态，碳化率为50%～60%；隔音效果好，导热系数较小，并对γ射线有较高的抵抗性。
因此，酚醛纤维广泛应用于制备阻燃纸张、纺织品、复合材料、石棉替代品、碳纤维及活性炭的前驱体，以及隔热、隔音材料和烧蚀材料等。
1、酚醛纤维的制备1.1低相对分子质量酚醛树脂的制备酚醛树脂经纺丝、交联形成类似热固性酚醛树脂的三维无定形网络结构的酚醛纤维。
酚醛树脂由苯酚和甲醛在酸或碱性条件下合成，分别得到热塑性酚醛树脂（Novolac）或可溶性酚醛树脂（Ｒesole），但用于纺丝原液的酚醛树脂的相对分子质量很低。
这是由于：（1）热塑性酚醛树脂的缩聚反应过程中，酚/醛摩尔比须在1∶（0．75～0．85），甲醛含量的增多将导致凝胶出现，反应难以进行，所以热塑性酚醛的相对分子质量往往低于2000；（2）可溶性酚醛树脂的合成中，甲醛过量，酚/醛摩尔比为1∶（1～1．5），甚至达1∶3，得到高反应性羟甲基酚醛树脂，为保证产物处于可溶性酚醛树脂阶段，反应须提前停止，防止相对分子质量增大生成不溶的热固性酚醛树脂。
1.2酚醛纤维的制备方法由低相对分子质量酚醛树脂制备酚醛纤维有以下3种工艺方法：（1）熔融纺丝，是以相对分子质量约800～1000的热塑性酚醛树脂为原料，通过熔融纺丝获得原丝；或为了提高纤维的强度，改善加工性能，用聚酰胺6（PA6）作为纤维成形载体，通过与热塑性酚醛树脂共混纺丝，最终在甲醛及盐酸等的水溶液中交联固化，成为体型结构的酚醛纤维。
钢纤维混凝土的研究现状和发展动态的开题报告一、研究现状随着人们对混凝土性能的要求越来越高，传统的钢筋混凝土逐渐不能满足其使用要求。
钢纤维混凝土应运而生，其在抗裂、抗震、耐久性等方面具有明显的优势。
目前，钢纤维混凝土的研究已经取得了很大的进展，主要表现在以下方面：1.钢纤维混凝土的性能研究许多学者通过加入钢纤维来改善混凝土的某些特性，如抗裂、抗震、耐久性等，已经取得了很好的效果。
通过实验室试验，钢纤维混凝土的各项性能已经得到了较为全面的研究。
2.钢纤维混凝土的力学性能研究钢纤维混凝土的力学性能是研究钢纤维混凝土的一个重要方面。
如抗拉剪强度、抗压强度、变形性能等都需要进行研究。
目前，国内外许多学者对钢纤维混凝土的力学性能进行了深入研究，并取得了很多有价值的研究成果。
3.钢纤维混凝土的应用研究钢纤维混凝土的应用范围非常广泛，如桥梁、隧道、水利、地铁等工程领域。
目前，许多大型的工程项目已经开始采用钢纤维混凝土进行建设，应用前景非常广阔。
二、发展动态随着钢纤维混凝土的研究和应用不断深入，其发展也得到了各方面的重视。
当前，钢纤维混凝土的发展动态主要表现在以下几个方面：1.钢纤维混凝土的制造工艺钢纤维混凝土的制造工艺对其性能有很大的影响。
当前，一些先进的制造工艺已经得到了广泛应用，如高效、自动化的钢纤维混凝土生产线。
2.钢纤维混凝土的新型纤维钢纤维混凝土的性能与所用的钢纤维型号密切相关。
现在，一些新型、高性能的钢纤维已经应用于钢纤维混凝土中，如钢纤维复合材料等。
3.钢纤维混凝土的性能改进为了进一步提高钢纤维混凝土的性能，一些学者进行了各种性能改进的研究，如改进混凝土的配合比、改进钢纤维的加入方式、改进混凝土的养护条件等。
这些改进措施大大提高了钢纤维混凝土的总体性能。
4.钢纤维混凝土的应用扩大钢纤维混凝土的应用范围正在不断扩大。
除了上述领域之外，还有一些其他领域也在逐渐采用钢纤维混凝土，如矿山、航空、军工等。
总之，钢纤维混凝土的研究和发展有着广泛的应用前景，其在建筑领域的应用也将越来越普及，这将进一步推动钢纤维混凝土技术的发展。
中国碳纤维行业发展现状分析一、碳纤维行业概况碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维主要分为粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（PAN）基三大种类，各有不同的使用场景和生产方法。
其中沥青基碳纤维碳收率最高，可达80%-90%，但由于生产成本高，而难以应用于大批量工业应用制造。
PAN基碳纤维综合性能最好、生产工艺成熟简单、应用最广、产量最高、品种最多，是目前全球碳纤维市场的主流碳纤维产品，产量占全球碳纤维总产量的90%以上。
完整的碳纤维产业链包含从能源获取到成品制造的全过程。
碳纤维行业上游是制备聚丙烯晴（PAN）原丝过程，由于在原材料中原油制丙烯成本最低，故而此过程首先从原油中制出丙烯，再将丙烯经氨氧化后得到丙烯腈，再经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝。
产业链中游是利用原丝经过预氧化、低温和高温碳化后就得到碳纤维，以及制备碳纤维织物和碳纤维预浸料，碳纤维预浸料可根据不同需求制成各类复合材料成品。
产业链下游是以航空航天、体育休闲、风电叶片、工业领域为主的相关应用领域。
二、全球碳纤维行业发展现状分析近年来，随着碳纤维行业产业链下游应用领域的不断发展，直接拉动了全球碳纤维需求的增长。
全球碳纤维总需求已从2013年5.01万吨，增长到了2019年的10.37万吨，复合增速为11.89%，预计2020年全球总需求将达到11.24万吨。
碳纤维行业下游产业中，风电叶片、航空航天、体育休闲的碳纤维需求量分别为2.55万吨、2.35万吨、1.50万吨，占据需求构成的前三位，占比分别为24.59%、22.66%、14.46%。
2019年，航空航天产业对碳纤维需求量仅占总需求量的22.66%，但其销售金额价值却达到了14.1亿美元，占碳纤维总销售金额的49.13%，占比将近一半；体育休闲、风电叶片、汽车领域的碳纤维市场需求价值分别为3.45亿美元、3.57亿美元、2.12亿美元，除航天航空的其他领域市场需求合计占比50.87%。
- 1 - 高性能纤维的研究与发展现状一、高性能纤维定义高性能纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维，具有耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能，主要应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。二、高性能纤维分类高性能纤维按性能可分为耐腐蚀性纤维、耐高温纤维、抗燃纤维、高强度高模量纤维、功能纤维和弹性体纤维等。①耐腐蚀纤维：即含氟纤维。有聚四氟乙烯纤维、四氟乙烯-六氟丙烯共聚纤维、聚偏氯乙烯纤维、乙烯-三氟氯乙烯共聚纤维等。②耐高温纤维：有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯砜酰胺纤维、聚酰胺酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维等。③抗燃纤维:有酚醛纤维、芳香族聚酰胺表面化学处理纤维、金属螯合纤维、聚丙烯腈预氧化纤维等。④高强度高模量纤维：有聚苯二甲酰对苯二胺纤维、芳香族聚酰胺共聚纤维、杂环族聚酰胺纤维、碳纤维、石墨纤维、碳化硅纤维等。⑤功能纤维:有中空纤维半透膜、活性碳纤维、超细纤维毡、吸- 2 -
油纤维毡、光导纤维、导电纤维等。⑥弹性体纤维：有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纤维、聚丙烯酸酯类纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维等。三、高性能纤维主要产品及发展现状按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维。（一）高性能纤维之一：碳纤维1、简介碳纤维是含碳量在95%以上的新型高性能纤维，可用来替代铜、钢铁等金属。它是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。其中聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的90%以上。碳纤维比重不到钢的1/4，抗拉强度是钢的7-9倍，具有轻质高强、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性，属典型的高新技术产品。目前成熟市场有航空航天及国防领域和体育休闲用品；新兴市场有隔热保温、增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、摩擦材料、钻井平台等；待开发市场有汽车、医疗器械、新能源等。2、全球碳纤维概况国际上PAN 基碳纤维的生产，从20 世纪60 年代起步，经过70－80 年代的稳定，90 年代的飞速发展，到21 世纪初其生产工艺技术已经成熟。起初，碳纤维主要用于军工和宇航，经过40 余年的发展，其应用领域正在向工业领域和普通民用领域扩大。根据“2010 美国碳纤维会议”数据显示，2010 年航空航天业用量为6390 吨，预计到2014 年将增至11550 吨，增幅约为80%；2010 年消费品和娱乐业用量为7000 吨，预计到2014 年将增至8 840 吨，增幅约为26.3%；2010 年能源和工业用量为25850 吨，预计到2014 年将增至58870 吨，增幅为128%，年复合增长率为22.85%。其中碳纤维在工业能源领域应用占比将从65.88%提高至74.32%。由于碳纤维生产工艺复杂、技术含量高，加之政治因素限制技术和设备等引进，目前全球碳纤维技术和生产仍主要控制在日本和美国手中。全球可实现碳纤维产业化的国家和地区不足20 个；规模化生产企业不超过12 家。日本东丽、日本东邦、美国卓尔泰克、日本三菱丽阳是全球碳纤维产能排名前四的生产商，这四家分别占全球碳纤维总产能的23.4%、17.1%、14.3%和10.3%。3、国内碳纤维情况国内碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段。目前国内碳纤维市场需求旺盛，因产能和技术瓶颈，碳纤维需求基本依赖进口。据统计，2008 年国内聚丙烯腈基碳纤维产量不到500 吨，进口量约6000 吨。2009 年，国内碳纤维的需求总量已超过8000 吨，实际碳纤维产量仅900 多吨，进口依赖率高达83.9%，2010 年国内碳纤维需求达到1 万吨，国内碳纤维生产企业有23 家，主要有威海拓展纤维有限公司、吉林神舟碳纤维公司、山东天泰新材料股份有限公司、浙江嘉兴中宝碳纤维有限公司等，总产能为4000 吨，同时随着油价高涨，节能概念与减碳环保意识抬头，碳纤维材料因具有轻、强之特性，将使得其在新兴产业的需求量将不断增长，国内碳纤维进口替代空间较大。（二）高性能纤维之二：芳纶纤维1、简介芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”,是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化，它具有良好的绝缘性和抗老化性能，广泛应用于国防、航空航天、信息通讯、轮胎、体育用品、传送带、高强绳索等领域。芳纶纤维主要有两大类：芳纶纤维主要分为对位芳酰胺纤维(PPTA，或芳纶1414)和间位芳酰胺纤维(PMIA，或芳纶1313)。芳纶1313 具有突出的耐高温、阻燃和绝缘性，成为高性能纤维，主要应用于高温防护服、电绝缘和高温过滤等领域。芳纶1414 则具有高强度高模量的特点，素有高分子材料中的“百变金刚”，主要应用于个体防护、防弹装甲、力学橡胶制品(MRG)、高强缆绳、石棉替代品。①芳纶1313 工艺：一步法工艺，即低温溶液间歇聚合，原液经过过滤后直接进行湿法纺丝，水洗后干燥，切断后打包。性能：耐高温：分解温度371℃；阻燃性：极限氧指数29；断裂强度：4-5 g/d；初始模量：60-120g/d。用途：高温过滤材料；绝缘材料；消防服、赛车服；高温传送带。②芳纶1414 工艺：两步法工艺，低温溶液连续聚合，聚合物分离后洗涤干燥后用浓硫酸重新溶解，干喷湿法纺丝，纤维经过水洗后干燥，卷绕成形。性能：耐高温：分解温度500℃；阻燃性：极限氧指数32；高强度：断裂强度20-27g/d；高模量：初始模量600-800g/d。用途：个体防护：用于制作防割手套、耐高温服装、防弹衣、防弹头盔等；增强材料：主要包括建筑桥梁维修补强、光缆增强、高强度缆绳、轮胎帘子布、轮胎增强等；复合材料：主要包括大飞机二次结构、飞机驾驶舱、发动机罩、雷达罩、天线、游艇船舶、汽车外壳等；摩擦密封材料：主要包括刹车片、离合器片、变速箱- 6 -
摩擦片、密封垫/片等，逐步取代有致癌性的石棉材料；体育器材领域：用于制作登山鞋靴、赛车车体、滑雪板、高尔夫球杆等。2、全球芳纶纤维概况自20 世纪60 年代由美国杜邦(DuPont)公司成功地开发出芳纶纤维并率先产业化后，在40 多年的时间里，芳纶纤维走过了由军用战略物资向民用物资过渡的历程。全球芳纶生产能力约10.6万吨，其中间位芳纶的产能约为3.83万吨：美国杜邦公司年产能为28000吨，烟台氨纶集团5000吨，日本帝人公司2300吨，上海圣欧公司2000吨，广东彩艳公司1000吨；全球有5家公司实现对位芳纶产业化，总产能约6.8万吨：美国杜邦公司年产32000吨，日本帝人公司32000吨，韩国可隆公司2000吨，俄罗斯卡明斯克公司1000吨，韩国晓星公司1000吨，烟台氨纶集团100吨。3、国内芳纶纤维概况芳纶纤维用途由于涉及到军工、航天等领域，长期以来国内进口相关产品和生产技术都受到国外封锁和限制。中国从20 世纪60 年代初开始研究开发间位芳纶生产技术，直到2004年，烟台氨纶在国内率先实现间位芳纶的工业化生产，打破了国外公司垄断的局面；在对位芳纶生产领域，烟台氨纶芳纶1414 技术已通过“芳纶1414 长丝及浆粕中试技术的研究与开发”项目通过技术鉴定，填补了国内空白，达到世界先进水平。芳纶1313－国内高端需求市场潜力较大。目前国内芳纶1313 的需求主要集中在高温滤料，高温滤料主要用于袋式除尘器，占比为58%，而芳纶1313 在高端的防护服装和芳纶纸领域占比较小，国际芳纶1313 在防护领域的需求比例达30%，而国内仅为13%。芳纶纸占比为7%，而国际芳纶纸在电气绝缘纸和蜂窝材料领域的需求比例则分别为38%和9%。芳纶1313 在防护领域、芳纶纸应用领域需求市场潜力较大。芳纶1414－国内依靠进口，供给是关键。从需求结构来看，光缆增强材料、子午线轮胎骨架是国内芳纶1414 民用需求的主要领域，在军用和航空航天领域的需求为50%以上。随着世界经济和科技的快速发展，对位芳纶的用途不断扩展，尤其在复合材料、轮胎橡胶、建筑和电子通讯领域的应用进展显著。最近几年全球对位芳纶消耗量年增长率超过10%，所以全球对位芳纶的供应仍处于十分紧缺的状态，预计到2015年，国内需求将达到15000吨，市场前景广阔。（三）高性能纤维之三：超高分子聚乙烯纤维1、简介超高分子量聚乙烯纤维(简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，是分子量在100 万－500 万的聚乙烯所纺出的纤维，是世界上最坚韧的纤维。与碳纤维、芳纶纤维相比较，超高分子量聚乙烯纤维的强度更高，重量更轻，化学稳定性更好。在国防军需装备方面，由于耐冲击性能好，比能量吸收大以及轻柔的优点，防弹效果优于芳纶，现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维，另外超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值是钢的10 倍，是玻璃纤维和芳纶纤维的2 倍多。2、用途由于高性能聚乙烯纤维具有诸多优点，所以应用范围较大：1）渔业与海洋缆绳。目前，利用高性能聚乙烯纤维制作的渔网，仅为普通纤维渔网重量的60%，能够提高捕捞效率，减少渔船能耗。用该纤维制作的深海养殖网箱，其良好的机械性能能防止食肉鱼对经济鱼类的猎杀，有效降低养殖成本。2）防冲击吸能领域的安全防护。高性能聚乙烯纤维与树脂复合材料具有良好的韧性，因此在防冲击吸能领域具有非常好的应用。例如用于制作避弹衣、头盔、复合装甲等；用于安全生产的防切割手套、护具、防冲击板材等；用于高危环境下的防冲击护具，如警用防刺服、矿工防砸头盔等。3）军事国防。高性能聚乙烯纤维介电常数低、电信号失真小、透射系数高，是用于雷制作高性能轻质雷达罩的首选材料；高性能聚乙烯纤维复合材料质轻、耐冲击，适用做于飞机一些非高温部位的金属替代材料，现在飞机翼尖等领域有所使用；在轻质装甲方面，高性能聚乙烯纤维可用于直升机防护装甲、坦克装甲、装甲车装甲等，有很好的应用前景。
