聚丙烯腈纤维的生产工艺论

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1、聚丙烯腈纤维的生产工艺摘要：本文综述了聚丙烯腈基炭纤维的国内外市场和发展现状，碳纤维及其复合材料的应用进展，详细介绍了碳纤维生产工艺，包括原丝制备、预氧化、碳化的一些新进展，指出了当前国内炭纤维与国外产品的差距。并就当前我国炭纤维的发展现状给出了具体的应对措施，对发展我国炭纤维工业具有一定的指导意义。关键词：聚丙烯腈；碳纤维；应用；生产工艺AbstractPolyacrylonitrilebasedcarbonfibersathomeandabroadwasreviewedinthispaperthemarketanddevelopmentstatusofcarbonfibersand

2、theprogressoftheapplicationofcompositematerials,carbonfiberproductiontechnologywasintroducedindetail,includingtheoriginalyarnpreparation,oxidationandcarbonizationofsomenewprogress,pointsoutthecurrentdomesticcarbonfibergapwithforeignproducts.AndthecurrentstatusofthedevelopmentofcarbonfibersinChin

3、aaregivenspecificmeasures,forthedevelopmentofcarbonfiberindustryinChinahascertainguidingsignificance.Keywords:polyacrylonitrile;Carbonfiber;Application;Theproductionprocess前言碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN）、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的高强、高模、耐高温特种纤维[1].。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性好，因而发展很快，产量占到90%以上，成为最主要的品种。碳纤

4、维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，尤其聚丙烯腈基ACF(PAN～ACF)中含有氮，对硫系和氮系化合物具有特殊的吸附能力，这是任何原料基ACF无法与其比拟的[2]。ACF能加工成不同形态的纤维制品(如布、带、毡等)，使各种吸附和过滤装置更加小型紧凑[3]。是航空航天、国服军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。1国外碳纤维发展状况1959年聚丙烯腈基碳纤维首先由日本的进藤昭男研制成功，1963年英国皇家航空研究中心在纤维热处理中施加张力进行牵伸，制得高性能碳纤维。1967

5、年日本东丽公司[4]打通了生产工艺流程，并于1971年建成12t/a的生产线，20世纪80年代，碳纤维生产工艺的不断改进，性能迅速提高，T400—T1000系列产品相继研制成功[5]。世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产，现在已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。国外已在环保、化工、食品、医疗、军工、电子和日常生活等领域广泛应用了ACF制品[6]。2国内碳纤维发展状况我国碳纤维的研制生产发展较慢，主要研究单位有山西煤化研究所、吉林石化、山东大学、北京化工大学等，并且有很多家企业拟建或正在建设碳纤维工业化装置，但性能均只能达到T300水平，且产量和质量都很不稳定。我国碳

6、纤维90%以上依赖进口，极大的制约了我国相关产业的发展。3炭纤维生产工艺炭纤维生产的工艺流程见图1[14]。3．1放丝过程放丝纱架分为有驱动和无驱动。对纤维进行无捻或加捻控制。具体的工艺要求：(1)放丝过程中的张力恒定；(2)对纤维无磨损；(3)捻度的控制。3．2预氧化过程Pan纤维热稳定化反应的研究起始于20世纪50年代，最初纤维环化结构是由Houtz[7]提出来的，后来被Burlant[8]、LaCombe[9]、Grassie[10]等接受并加以改进，这就是现在经常被引用的聚酰酰亚“梯形结构”。聚丙烯腈基炭纤维预氧化就是将可熔融有机前躯体纤维在氧化气氛中经热处理变为适于炭化的不熔

7、融六元环梯形聚合物一耐燃纤维的工艺过程。预氧化过程主要的工艺控制点：温度梯度、预氧化时间、空气的流动(废气的排放和新鲜空气的补充)、牵伸。(1)氧化温度:目前预氧氧炉大都采用在180--300摄氏度[11]的温度范围内多段梯度升温，一般串联2--3个预氧化炉，每个预氧化炉又分为多个温区，每个温区对应不同的升温速率和停留时间。近年来采用射频负压软等离子法加热[12].(2)氧化时间氧化时间一般控制在60～120min，它是与氧化温度密切配合的。而