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国内,台湾,国外碳纤维发展情况

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2014-05-17【

1 我国碳纤维发展状况
    
20世纪70年代末至80年代初,我国上海、吉林、辽源、兰州、太原等聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(CF)研制单位,先后完成了碳纤维的小试研究,建成了大同小异的碳纤维中试生产线,产品性能达到中强水平(抗张强度>1764N/mm2,模量>20N/mm2)。在20世纪90年代初期经过近10年的努力,能够生产高强l型(抗张强度>2450N/mm2,模量>24N/mm2),高强Ⅱ型(抗张强度>2940N/mm2,模量>20N/mm2)。个别厂还能生产石墨纤维(抗张强度>1960N/mm2,模量>30N/mm2)。
    
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,其单位不会走出去推广应用,同时碳纤维的售价又很高,从而阻碍了碳纤维在人们生活中的普及。我国碳纤维的工业化初具规模是在1985年,由国家科委出面,吉化公司从英国RK公司引进了一条年生产能力100t的碳纤维生产装置,并并工投产。但仍然不能满足需求,发展缓慢。

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    虽然我国研制碳纤维已有30余年的历史,仅初步建立起工业雏形,生产的碳纤维质量至今仍处于低水平,关键问题是PAN 
原丝质量未过关。因为用于制备碳纤维的PAN原丝要求高,应具备以下几点要求:a)结构均匀致密,纤维内、外部的缺陷少;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,直径不匀率低;f)纤维的油剂或表面处理剂有利于原丝的预氧化和碳化等。而国内原丝主要表现在,金属及机械杂质含量高、质量稳定性差、变异系数大、毛丝多、分散性差、易粘结、表面处理不配套、可用性差等,国内原丝质量不过关,使碳纤维的生产发展一直受阻。虽然国内一些著名的科研机构如中科院山西煤化研究所、上海合成纤维研究所、北京航天材料及工艺研究所、中国纺大(东华大学)化纤研究所等在此领域的研究从未中断,不少试验研究的结论也与国外公开发表的论文总体上一致,但多数都是对其性能研究的较多,而原丝的质量仍是问题,由此可见我国要加强对高性能碳纤维原丝的研究。 本文来自123

2 中国台湾碳纤维发展状况
    
20世纪90年代,对于亚洲地区而言,除日本外,我国台湾省是碳纤维及其复合材料的重要生产和使用地区。台湾有关碳纤维的发展最早始于20世纪70年代初期,逢甲大学开始碳纤维的研究。在20世纪80年代初期,Kwang—Nan公司生产制造体育用品,如网球拍、钓鱼竿、滑雪橇和自行车部件,因此台湾具有“碳纤维(CP)运动器材王国”之称。但台湾没有生产碳纤维的能力,直至20世纪80年代末期才拥有从聚丙烯腈的聚合和纺丝到碳纤维的制备这项技术,有能力向当地市场供应碳纤维。也就是说碳纤维自给率越来越大。如台湾塑胶公司已经可提供碳纤维粗纱和碳纤维预制片的产品,供应给球拍制造厂商和高尔夫俱乐部,并提高用于航天工业的碳纤维的模量。

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    随着社会的进步与科技的发展,一直从事碳纤维研究的逢甲大学,于2003年由柯泽豪教授研发出杀菌效果特高的活性碳纤维,杀菌率在99.99%以上。
  
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 3 国外的碳纤维发展状况
    日本是PAN基碳纤维的发源地,是碳纤维生产和应用大国。在20世纪60年代初,伴随着碳纤维问世的同时, 
日本的碳素公司就实现了通用型PAN基碳纤维的工业化生产。因为其起步较早,加上研究的又较深人,因此碳纤维的技术一直遥遥领先。在20世纪90年代初期开始对超高强度碳纤维、中空碳纤维、气相生长线型和卷绕纤维及一种用于电池中的高电导碳纤维等新型碳纤维进行研究。现已制得强度达3820MPa,弹性模量230GPa的超高强度碳纤维;尺寸为l~3nm,直径3~12nm的中空碳纤维,并已实现工业化生产;由东丽公司生产制得的碳纤维织物,其单位质量为l12g/m2, 
在碳化工序中,经向和纬向的收缩率都为16%,即具有良好尺寸稳定性可用于生产高电导率织物的碳纤维;东邦公司制成了低微毛碳纤维短丝网及其PAN基(非织造布)原丝和制备,该原丝满足氧键含量10%~17%,纤维长度25~65mm,厚度0.2~4.0mm,织物的单位质量为50~420g/m2,磷含量3×10-7-2.5×10-6,微毛≤1.0mg/g,采用渗碳XRD测定结晶尺寸为1.3~3.5mm。该碳纤维网一般用于隔热体、隔地和绝缘体上。

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日本的碳纤维发展一直处在世界的前沿,不仅在物理、化学性能方面有所突破,它们的聚丙烯腈基碳纤维的产量位居世界第一,其相关产品几乎垄断了世界市场。日本碳纤维工业发展之所以引人注目,不仅表现在碳纤维产业的发展方面,而且也表现在有许多出版物、专利和碳纤维新产品不断问世等方面。另一方面,日本的东丽、东邦、三菱等公司的激烈竞争也促进了日本碳纤维的进一步发展。
    
有关碳纤维的专利除了日本最多外,其次就是英国,可见英国的聚丙烯腈基碳纤维的发展也是很快的。如克莱门森大学和弗吉尼亚聚合工艺研究所组成的合资公司研究出了一种低成本制造碳纤维原丝的方法,即用紫外固化制得低成本聚丙烯腈原丝(此法可以不使用溶剂,且适用于碳纤维制造。在聚丙烯纤维中添加光交联组分,可减少紫外固化的时间)。此外用一种多壁(multi-wal1)碳纳米管/聚丙烯腈(MWNT/PAN)的纳米复合材料,经静电纺丝成纤维,纤维在200。C的空气中氧化,在1400。C碳化,制得静电纺丝聚丙烯腈和多壁碳纳米管复合材料制得的新一代碳纤维。 123456
    
美国在聚丙烯腈基碳纤维的性能研究较多,注重其实用性,如碳纤维经DMF液处理后,其抗张强度有所提高,削弱了纤维的直径,降低了表面缺陷,极大地扩大了其应用领域。聚丙烯腈三元共聚物经纺丝生成的前驱体通过紫外照射,易于碳化且稳定,大大降低了聚丙烯腈基碳纤维的生成成本,很有进一步推广的价值。
    
其它各国如韩国、法国、印度、澳大利亚等国也在不断地进行聚丙烯腈基碳纤维的研究,无论是为了国防等尖端技术还是为了民用,都是极具开发价值的,其市场也是可观的。

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