聚丙烯腈基碳纤维发展现状

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1、聚丙烯腈基碳纤维发展现状摘　要：介绍了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的国际碳纤维产业的情况和我国碳纤维产业的现状及发展趋势。关键词：PAN碳纤维　复合材料　应用TheCurrentStatusandDevelopmentTrendofPANCarbonFiberZhaoXiao-li,WangLi-juanXi’anCarbonMaterialsCompanyLimited,Xi’an,Shaanxi710025,P.R.ChinaAbstract:TheresearchcurrentstatusanddevelopmenttrendofPANcarbonfiberinh

2、omeandabroadwereintroducedmainly.KeyWords:PANcarbonfiber,theresearchcurrentstatusanddevelopmenttrend5PAN碳纤维是一种新型非金属材料。它一般不单独使用。多作为增强材料加入树脂、金属、陶瓷，混凝土等材料中构成复合材料。碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、传热和热膨胀系数小等优异性能。既可以作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。因此，近年来碳纤维的应用发展十分迅速，在航空、航天、汽车、风力发电、建筑、电子、体育运动器材等领域得到了广泛的应用[1

3、-2]。一、发展现状1.国外发展现状1959年聚丙烯腈碳纤维首先由日本的进腾昭南研制成功，1963年英国皇家航空研究中心在纤维处理过程中施加张力进行牵伸，制得高性能碳纤维。1967年日本东丽公司结合英美的技术，于1971年建成12t/a的生产线，20世纪80年代，碳纤维生产工艺不断改进，性能得到了迅速提高，30多年来，东丽公司开发出了系列碳纤维，如高强型碳纤维T300、T400、T700、T800、T1000；高模量石墨纤维M40；高强高模型碳纤维M40J、M50J等，代表了国际领先水平。目前实验室已经能够制得9.03GPa的碳纤维，但是距碳纤维的理论强度180GPa

4、还有很大的差距。世界上聚丙烯腈碳纤维的生产，目前已经分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类[3]。日本东丽Toray、东邦Toho、三菱人丝Mitsubishi、德国SGL、美国Hexcel、Cytec和Zoltek是世界七大碳纤维制造商。表1为碳纤维生产商按丝束分类及产能列表[4]，从表1中可见，小丝束与大丝束产能比大约为3:1。5如表1所示，国际上六大碳纤维生产厂家虽然采用不同的工艺路线，但都可生产出相当于日本东丽T700/T800的碳纤维。尤其是Hercules公司采用硫氰酸钠(NaSCN)为溶剂,可生产出中模高强型碳纤维IM7、IM8等，

5、大量应用于美国的军事工业。这说明工艺路线并不是碳纤维质量的决定性因素，也不是碳纤维落后的主要原因。碳纤维的生产销售占全球碳纤维市场总和的78%，垄断并左右着全球市场，占据小丝束碳纤维产业界霸主的地位。表3东丽公司碳纤维产品及性能列表。日本是小丝束碳纤维生产大家，并于1980年末期扩展至法国、美国、德国、英国等，合作建立子公司。美国的两大碳纤维公司Cytec和Hexcel，于1980年中后期通过和日本进行技术交流和合资，建立了千吨级碳纤维生产线。目前，军工用小丝束碳纤维90%都由日美两国掌握，全面限制对中国的出口。2008年全球碳纤维的需求量为3.5万吨，预计到2012

6、年全球碳纤维的需求量将为5.65万吨，专家预测世界碳纤维产量以每年7.7%左右的速度增长，但碳纤维消费的增长更快，达10.2%。因此，在2012年前，国际碳纤维仍是供不应求的局面。表42007-2010年全球PAN基碳纤维的生产商及产能预测。2.国内发展现状5我国于1962年开始研究PAN基碳纤维，几乎与日本同步。1962年4月中国科学院长春应化所李仍元研究员和沈阳金属所张名大研究员开始协作碳纤维研制，金属所以粘胶丝为原丝，长春应化所以PAN为原丝，1966年起吉林化学工业公司合成树脂厂也加入了PAN基原丝的研制。1975年11月，由原国家计委和国防科委在北京联合召开

7、了我国第一次碳纤维会议，简称“7511”会议，会议目的是研究解决导弹、火箭、飞机、卫星等急需的防热材料和结构材料，首先要解决XXXX型号头部急需的防热材料。“7511”会议制定了我国碳纤维及其复合材料10年发展规划，在国产碳纤维的发展上具有历程碑的意义。51976年，中科院煤化所建成我国第一条PAN基碳纤维扩大试验生产线，国内称为高强I型碳纤维（相当于T200）。我国1980年开始研制高强II型碳纤维（相当于T300），先后有上海合成纤维研究所、吉化研究院合成树脂厂、吉林炭素厂等建成中试生产线。表5总结了国内碳纤维厂家原丝及碳纤维研制和技术水平情况，