今天給各位分享碳纖維工藝產(chǎn)品的知識(shí)，其中也會(huì)對(duì)碳纖維產(chǎn)品加工工藝進(jìn)行解釋，如果能碰巧解決你現(xiàn)在面臨的問(wèn)題，別忘了關(guān)注本站，現(xiàn)在開始吧！，本文目錄一覽：，1、，碳纖維板的生產(chǎn)工藝，2、，碳纖維是什么工藝流程？一般這類材料用在哪些地方？可以制造出來(lái)什么東西？，3、，碳纖維制品有哪些？，4、，您知道碳纖維產(chǎn)品的加工工藝嗎，5、，碳纖維管的性質(zhì)及制作工藝有哪些？
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本文目錄一覽：
- 1、碳纖維板的生產(chǎn)工藝
- 2、碳纖維是什么工藝流程？一般這類材料用在哪些地方？可以制造出來(lái)什么東西？
- 3、碳纖維制品有哪些？
- 4、您知道碳纖維產(chǎn)品的加工工藝嗎
- 5、碳纖維管的性質(zhì)及制作工藝有哪些？
- 6、碳纖維制備工藝
碳纖維板的生產(chǎn)工藝
根據(jù)厚度密度要求，選擇不同數(shù)量的碳纖，最后將碳纖維浸漬樹脂后在模具內(nèi)固化并連續(xù)拉擠成型。
碳纖維板 ：碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)單向板材，其成型工藝是將碳纖維浸漬樹脂后在模具內(nèi)固化并連續(xù)拉擠成型。采用優(yōu)質(zhì)碳纖維原料與良好基本樹脂，碳纖維板材具有拉伸強(qiáng)度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性等良好性能。
制成的碳纖維單向板材能充分發(fā)揮碳纖維的強(qiáng)度和彈性模量，在施工時(shí)可免除碳纖維單向織物的樹脂固化階段，強(qiáng)度利用效率高，施工方便。
碳纖維是什么工藝流程？一般這類材料用在哪些地方？可以制造出來(lái)什么東西？
1、碳纖維制品碳纖維工藝產(chǎn)品，工藝通常為碳纖維工藝產(chǎn)品：手糊成型、注射成型、真空灌注成型、拉擠成型、纏繞成型等工藝。
2、碳纖維材料應(yīng)用領(lǐng)域主要為航空領(lǐng)域、休閑領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域等。
3、可以制造飛機(jī)、魚竿、頭盔、防彈衣、高壓氣瓶、醫(yī)療床板等等。
碳纖維制品有哪些？
1971年，TORAY成了世界上第一人制造商，從事PAN基碳纖維的人型工業(yè)化生產(chǎn)，并將其產(chǎn)品命名為“TORAYCA”，是TORAY碳纖維的縮寫。目前，TORAY是全球生產(chǎn)和營(yíng)銷碳纖維的領(lǐng)導(dǎo)者。
目前，全世界主要生產(chǎn)兩種碳纖維。一個(gè)是PAN基碳纖維以聚丙烯腈為原料，另一個(gè)是瀝青基的碳纖維，由煤、石油利合成瀝青蒸餾而成瀝青，然后再聚合成纖維。
在強(qiáng)度上PAN基的碳纖維要優(yōu)丁瀝青基的碳纖維，因此在全世界的碳纖維生產(chǎn)中占有絕對(duì)性的壓倒優(yōu)勢(shì)。
1．碳纖維的生產(chǎn)工藝
對(duì)于碳纖維的生產(chǎn)工藝，當(dāng)生產(chǎn)PAN基碳纖維的時(shí)候，被稱為“母體”的聚丙烯腈纖維首先要通過(guò)聚合和紡紗工藝加工聚丙烯腈而成。然后，將這些母體放入氧化爐中在200到300攝氏度進(jìn)行氧化。另外，還要在碳化爐中，在溫度為1000到2000攝氏度間進(jìn)行碳化制成碳纖維。除了常規(guī)類型的細(xì)碳纖維之外，PAN基碳纖維還包括粗纖維，被稱為“人絲束類型碳纖維”，這種粗纖維的生產(chǎn)成本比較低。
2．碳纖維特性
正如通常人們所說(shuō)的，碳纖維比鋁還要輕比鋼還要硬，它們的比重是鐵的四分之一，比強(qiáng)度是鐵的十倍。通過(guò)與其它纖維的這種比較，你就可以初步了解碳纖維的特性。還有，碳纖維首先是一種物質(zhì)，是由和鉆石同等材質(zhì)的碳制成的。出于這種原因，另外還有在優(yōu)越的抗張強(qiáng)度利抗拉模量，碳纖維在化學(xué)組成上非常穩(wěn)定，并且具有高抗腐蝕性。碳纖維的其它特性包括高度的X射線穿透性，較高的抗化學(xué)，抗熱和抗低溫能力。
碳纖維的這些特性也就意味著他們可以被應(yīng)用于很多的領(lǐng)域。主要的應(yīng)用包括體育運(yùn)動(dòng)，例如高爾大球棒和釣魚桿；航空應(yīng)用包括飛機(jī)元件；和工業(yè)應(yīng)用。隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步，人們正在尋找很多具有新能的材料，碳纖維的需求在逐漸增長(zhǎng)，廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、壓力容器、土木工程和建筑材料、能源、其它新的工業(yè)應(yīng)用上。碳纖維的生產(chǎn)成本也在逐漸降低，加工技術(shù)趨向多元化，制造商可以按照具體的應(yīng)用提供一系列的碳纖維產(chǎn)品。所有的這些都支撐了以工業(yè)應(yīng)用為中心的新型應(yīng)。
3．碳纖維的產(chǎn)品形式及制造工藝
碳纖維有四種產(chǎn)品形式：纖維，布料，預(yù)浸料坯，和切短纖維。布料指的是由碳纖維制成的織品。預(yù)浸料坯是一種產(chǎn)品，是將碳纖維按照一個(gè)方向一致排列，并將碳纖維或布料剛樹脂浸泡使其轉(zhuǎn)化成片狀。切短纖維指的是短絲。
按照不同的配比，這些產(chǎn)品和樹脂一起應(yīng)用將形成碳纖維強(qiáng)化塑料(CFRP)。
將樹脂附在纖維上可以制成壓力容器和軋滾，將它們纏繞在一個(gè)芯兒上，然后進(jìn)行塑化或硬化處理。這種方法被稱為“纏繞成型法”。
將布料放入一個(gè)模型中，然后剛樹脂浸泡，可以川米生產(chǎn)卡=乍和劃艇的車身部分。這就是所說(shuō)的“樹脂轉(zhuǎn)注成型法(RTM)”。
飛機(jī)元件的制造是通過(guò)在高壓釜中給預(yù)浸料坯加熱，加壓和塑化成型而成的。將預(yù)浸料坯纏繞在一個(gè)芯兒上，然后將其加熱和塑化，這就是所說(shuō)的“薄片纏繞法”，用這種方法可以用來(lái)制成高爾夫球棒利釣魚桿。短絲與樹脂混合可以形成混合物，經(jīng)過(guò)加工后可以生產(chǎn)山機(jī)器元件和其它產(chǎn)品。
過(guò)去，預(yù)浸坯料是應(yīng)用最廣泛的碳纖維形式，通過(guò)在反應(yīng)釜內(nèi)利用薄片纏繞法預(yù)制而成。然而，近來(lái)，隨著新的工業(yè)應(yīng)用的開發(fā)，纖維纏繞成型法，混合物和其他的預(yù)制方法得到了更加廣泛的發(fā)展。像RTM這樣的成型法的應(yīng)用，使得制造商可以更加有效地制成大型產(chǎn)品。碳纖維與最合適的樹脂及預(yù)制工藝的結(jié)合使得碳纖維的應(yīng)用更加具有吸引力。
4．應(yīng)用的發(fā)展
目前，各種應(yīng)用占碳纖維年需求的比例如下：體育應(yīng)用大約為30％，航空應(yīng)用為10％，工業(yè)應(yīng)用為60％。
體育應(yīng)用中的三項(xiàng)重要應(yīng)用為高爾夫球棒，釣魚桿和網(wǎng)球拍框架。目前，據(jù)估計(jì)每年的高爾大球棒的產(chǎn)量為3400萬(wàn)。按照《國(guó)家利地區(qū)分類，這些高爾大球棒主要產(chǎn)地為美國(guó)，中國(guó)，日本和中國(guó)臺(tái)北，美國(guó)和日本是高爾夫球棒的主要消費(fèi)地占80％以上。全世界40％的碳纖維高爾大球椿都是由TORAY的碳纖維制成的。
全世界碳纖維釣魚桿的產(chǎn)量人約為每年2000萬(wàn)副，這就意味著這種應(yīng)用對(duì)碳纖維有著穩(wěn)定的需求。
網(wǎng)球拍框架的市場(chǎng)容量人約為每年600萬(wàn)副。其它的體育項(xiàng)目應(yīng)用還包括冰球棍，滑雪杖，射箭，和自行車，同時(shí)，碳纖維還應(yīng)用在劃船，賽艇，沖浪，和其它的海洋運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中。
在1 992年問(wèn)，航空應(yīng)川中對(duì)碳纖維的需求開始有所減少，主要是受到了商業(yè)飛機(jī)業(yè)衰退的影響，但是在1995早期有得到了迅速的恢復(fù)?；謴?fù)的主要原因是由于生產(chǎn)效率在整體上都得到了提升，同時(shí)也開始全力生產(chǎn)波音777飛機(jī)，TORAY的碳纖維被用做結(jié)構(gòu)材料，包括水平和垂直的橫尾翼和橫梁，這兩部分結(jié)構(gòu)是如此的重要，如果他們受損，那么整個(gè)飛機(jī)在飛行的過(guò)程中就可能墜毀。這些材料被稱為“首要的結(jié)構(gòu)材料”，因?yàn)樗麄兪侨绱说闹匾詫?duì)他們的質(zhì)量要求是極其苛刻的。對(duì)于波音777飛機(jī)，TORAY是波音公司指定的唯一有資格的碳纖維制造商。
歐洲空客也在他們的飛機(jī)上使用了大量的碳纖維，TORAY的TORAYCA碳纖維有望將被大量地應(yīng)用在他們的新型客機(jī)A380上。
在工業(yè)領(lǐng)域，碳纖維的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，作為材料，它們正在替代金屬和混凝土來(lái)滿足環(huán)境、安全和能源要求，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量正在呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。
在土木工程和建筑領(lǐng)域，應(yīng)用碳纖維的抗震修復(fù)和加強(qiáng)法是一項(xiàng)主要突破，正在此領(lǐng)域得劍更加廣泛的推廣。在鐵路建筑中，大型的頂部系統(tǒng)和隔音墻在未來(lái)會(huì)有很好的應(yīng)用，這些也將是很有前景的應(yīng)用。壓力容器主要用在汽車的受壓大然氣(CNG)箱上，如圖所示，還用在救火隊(duì)員的固定式呼吸器(SCBA)上。CNG罐源于美國(guó)和歐洲國(guó)家，現(xiàn)在日本和其他的亞洲國(guó)家也對(duì)這項(xiàng)應(yīng)用表現(xiàn)山了極大的興趣。
碳纖維的其它應(yīng)川包括機(jī)器元件、家用電器、微機(jī)、及與半導(dǎo)體相關(guān)的設(shè)備的復(fù)合材料的生產(chǎn)，可以用來(lái)起劍加強(qiáng)，防靜電，和電磁波防護(hù)的作用，另外，在X射線儀器市場(chǎng)上，碳纖維的應(yīng)用可以減少人體住X射線下的暴露。
隨著碳纖維成本的連續(xù)降低，和世界范同內(nèi)的環(huán)保要求的提高，碳纖維開始被應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，將來(lái)它們會(huì)被應(yīng)用做尾部沸騰器，發(fā)動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)軸和燃料箱材料，在未來(lái)將有很好的前景。
5．碳纖維市場(chǎng)的歷史
碳纖維的全方位商業(yè)化始丁20世紀(jì)70年代，70年代是高爾大球棒和釣魚桿應(yīng)用的引入和發(fā)展時(shí)期，主要是在日本。在80年代早期，碳纖維開始被廣泛地川在客機(jī)和航空飛行器上作為結(jié)構(gòu)材料，主要是用在歐洲和北美。
然后，人們提高了對(duì)碳纖維的認(rèn)識(shí)，開始把它當(dāng)成一種高質(zhì)苗的材料，并在20世紀(jì)80年代中期得到了飛速的增長(zhǎng)。在80年代中期，空客公司開始將CFRP作為首要的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用在它們的飛機(jī)上，而且，隨著碳纖維在網(wǎng)球和新的體育項(xiàng)目的應(yīng)用，碳纖維市場(chǎng)得劍了穩(wěn)步的擴(kuò)展。盡管住1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)之后，航空業(yè)的發(fā)展走向衰退，全球經(jīng)濟(jì)開始停止不前，碳纖維的需求增長(zhǎng)也趨向緩慢，白90年代中期以斤，碳纖維的工業(yè)應(yīng)剛開始成為新的需求增長(zhǎng)點(diǎn)。尤其是，歐洲和北美開始將碳纖維應(yīng)用與壓力容器上，這種增長(zhǎng)非常顯著，由丁1995年的神戶人地震，加快了抗震加固應(yīng)用的需求。在未來(lái)，預(yù)計(jì)碳纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?cè)重于工業(yè)應(yīng)用，而且這一需求將會(huì)穩(wěn)步增加。
另外，新一帶的航天計(jì)劃和與汽下相關(guān)的應(yīng)用都將促進(jìn)碳纖維的工業(yè)化應(yīng)用。
6．供需狀況
在2004年，常規(guī)型的碳纖維的產(chǎn)能約為25000 噸，其中75％由和日本相關(guān)的制造商生產(chǎn)。另外，低成本的粗碳纖維一被稱為“人絲束類型”的碳纖維的產(chǎn)量也有幾千噸，人絲束類型已經(jīng)開始被用于低端的體育和工業(yè)應(yīng)用中，同時(shí)也被應(yīng)用于過(guò)去只有玻璃纖維才涉及的領(lǐng)域。
對(duì)丁碳纖維米說(shuō)，通常所說(shuō)的70％的宣布的產(chǎn)能是實(shí)際的產(chǎn)能。所宣布的產(chǎn)能通常是以標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品類型為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的，但是對(duì)于碳纖維，除了具有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度和模量的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品之外，還有很多其他的根據(jù)技術(shù)特性而定的等級(jí)產(chǎn)品。纖維的粗度也不盡相同，因此，按照產(chǎn)品類型和纖維粗度來(lái)劃分，他們的產(chǎn)能是不同的。在生產(chǎn)多種產(chǎn)品的時(shí)候，換產(chǎn)會(huì)很浪費(fèi)時(shí)間。因此，實(shí)際的產(chǎn)能通常會(huì)低于宣布的產(chǎn)能。
從2003到2010年按照應(yīng)用和領(lǐng)域來(lái)劃分的全球需求和需求預(yù)測(cè)。到2010年的這段時(shí)間內(nèi)，碳纖維的需求將每年增長(zhǎng)7.5%。預(yù)計(jì)到2010年碳纖維的總需求量將達(dá)到32000噸。
您知道碳纖維產(chǎn)品的加工工藝嗎
預(yù)浸碳纖維布（注意碳纖維與樹脂的比例）→根據(jù)產(chǎn)品重量、物性的需求設(shè)計(jì)使用不同F(xiàn)AW(角度的碳纖維布單位面積纖維的含量）、角度的碳纖維布，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→根據(jù)結(jié)構(gòu)所需備料→制做產(chǎn)品形狀→產(chǎn)品成型（成型方法很多，如：吹氣成型法、模壓成型法、貼模成型法等）→產(chǎn)品后加工、涂裝。
注：1.預(yù)浸碳纖維布時(shí)的樹脂系統(tǒng)要根據(jù)產(chǎn)品的需求而定（有高溫、低溫、耐高溫型等）
2.制作時(shí)的生產(chǎn)加工加工條件也有許多注意事項(xiàng)。
碳纖維管的性質(zhì)及制作工藝有哪些？
碳纖維管又稱碳素纖維管，也稱碳管，純粹的碳纖管是采用碳纖維原布預(yù)浸入中溫環(huán)氧樹脂經(jīng)卷制固化而成。在制過(guò)程中，可以通過(guò)不同的模具生產(chǎn)出各種型材，如：不同規(guī)格的碳纖維圓管，不同規(guī)格的方管，不同規(guī)格的片材，以及其它型材,在后期制作過(guò)程中,可以對(duì)成型好的碳纖維管本體進(jìn)行各種顏色各種圖案的涂裝加工. 用于碳纖維管生產(chǎn)方面的碳纖維含量多少,碳纖維的模數(shù)高低,直接關(guān)系到碳纖維管的物理性能和強(qiáng)度表現(xiàn),一般情況下,碳纖維管的抗拉伸強(qiáng)度可達(dá)3000mpa以上,是鋼材的10倍以上,但其重量和同體積的鋼材相比,只有鋼材的1/4不到.所以,碳纖維管所表現(xiàn)出來(lái)的顯著特點(diǎn)就是質(zhì)輕高強(qiáng),自問(wèn)世以來(lái)就有"材料之王"的美譽(yù).
當(dāng)然,對(duì)于應(yīng)用不同場(chǎng)合不同環(huán)境的碳纖維管,對(duì)它的層疊設(shè)計(jì),也有著不同的要求,因?yàn)樘祭w維預(yù)浸布的可選用規(guī)格很多,所以,設(shè)計(jì)人員在具體到碳纖管細(xì)節(jié)強(qiáng)度要求方面,可以靈活應(yīng)用,可針對(duì)局部受力點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)層疊處理.象我們常用到的碳纖自行車管件,航模管件,船槳管件,帆船桅桿,高爾夫球桿等,其受力特點(diǎn)就各不相同,這就要經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員,根據(jù)實(shí)際需要,設(shè)計(jì)出各自具有針對(duì)性的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和作業(yè)指導(dǎo)書
碳纖維制備工藝
? ? ? ? 碳纖維(Carbon Fibre，簡(jiǎn)稱CF)是纖維狀的碳材料，及其化學(xué)組成中碳元素占總質(zhì)量的90%以上（其中含碳量高于99%的稱石墨纖維）。碳纖維是有機(jī)纖維纖維經(jīng)預(yù)氧化、碳化成的纖維狀聚合物碳，既不屬于無(wú)機(jī)纖維，也不屬于有機(jī)纖維。碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度，高比模量，耐高溫，耐腐蝕，耐疲勞，抗蠕變，導(dǎo)電，傳熱，和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，它們既可以作為結(jié)構(gòu)材料承載負(fù)荷，又可以作為功能材料發(fā)揮作用。碳纖維與傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。因此碳纖維及其復(fù)合材料近年來(lái)發(fā)展十分迅速。
? ? ? ? ?可以用來(lái)制取碳纖維的原料有許多種，按它的來(lái)源主要分為兩大類，一類是人造纖維，如粘膠絲，人造棉，木質(zhì)素纖維等，另一類是合成纖維，它們是從石油等自然資源中提純出來(lái)的原料，再經(jīng)過(guò)處理后紡成絲的，如腈綸纖維，瀝青纖維，聚丙烯腈(PAN)纖維等。
? ? ? ?經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展目前只有 粘膠(纖維素)基碳纖維 、 瀝青纖維 和 聚丙烯腈(PAN)纖維 三種原料制備碳纖維工藝實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。
? ? ? ? 用粘膠基碳纖維增強(qiáng)的耐燒蝕材料可以制造火箭、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)的鼻錐及頭部的大面積燒蝕屏蔽材料、固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管等，是解決宇航和導(dǎo)彈技術(shù)的關(guān)鍵材料。粘膠基碳纖維還可做飛機(jī)剎車片、汽車剎車片、放射性同位素能源盒，也可增強(qiáng)樹脂做耐腐蝕泵體、葉片、管道、容器、催化劑骨架材料、導(dǎo)電線材及面發(fā)熱體、密封材料以及醫(yī)用吸附材料等。
? ? ? ?雖然它是最早用于制取碳纖維的原絲，但由于粘膠纖維的理論總碳量?jī)H44.5%實(shí)際制造過(guò)程熱解反應(yīng)中，往往會(huì)因裂解不當(dāng)，生成左旋葡萄糖等裂解產(chǎn)物而 實(shí)際碳收率僅為30% 以下 。所以粘膠(纖維素)基碳纖維的制備成本比較高， 目前其產(chǎn)量已不足世界纖維總量的1% 。但它作為航空飛行器中耐燒蝕材料有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，由于含堿金屬、堿土金屬離子少，飛行過(guò)程中燃燒時(shí)產(chǎn)生的鈉光弱，雷達(dá)不易發(fā)現(xiàn)，所以 在軍事工業(yè)方面還保留少量的生產(chǎn) 。
? ? ? ? 1965年，日本群馬大學(xué)的大谷杉郎研制成功了瀝青基碳纖維。從此， 瀝青成為生產(chǎn)碳纖維的新原料，是目前碳纖維領(lǐng)域中僅次于PAN基的第二大原料路線 。大谷杉郎開始用聚氯乙稀(PVC)在惰性氣體保護(hù)下加熱到400℃，然后將所制PVC瀝青進(jìn)行熔融紡絲，之后在空氣中加熱到260℃進(jìn)行不熔化處理，即預(yù)氧化，再經(jīng)炭化等一系列后處理得到瀝青基碳纖維。
? ? ? ? 目前，熔紡瀝青多用煤焦油瀝青、石油瀝青或合成瀝青。1970年，日本吳羽化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的通用級(jí)瀝青基碳纖維上市，至今該公司仍在規(guī)?；a(chǎn)。1975年，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide Corporation)開始生產(chǎn)高性能中間相瀝青基碳纖維“Thornel-P”，年產(chǎn)量237t。我國(guó)鞍山東亞精細(xì)化工有限公司于20世紀(jì)90年代初從美國(guó)阿石蘭石油公司引進(jìn)年產(chǎn)200t通用級(jí)瀝青基碳纖維生產(chǎn)線，1995年已投產(chǎn)，同時(shí)還引進(jìn)了年產(chǎn)45t活性碳纖維的生產(chǎn)裝置。
? ? ? ? ?PAN基碳纖維的炭化收率比粘膠纖維高，可達(dá)45%以上，而且因?yàn)樯a(chǎn)流程，溶劑回收，三廢處理等方面都比粘膠纖維簡(jiǎn)單，成本低，原料來(lái)源豐富，加上聚丙烯腈基碳纖維的力學(xué)性能尤其是抗拉強(qiáng)度，抗拉模量等為三種碳纖維之首。所以是目前 應(yīng)用領(lǐng)域最廣，產(chǎn)量也最大的一種碳纖維 。
? ? ? ? 聚丙烯腈基 碳纖維的生產(chǎn)主要包括原絲生產(chǎn)和原絲碳化兩個(gè)過(guò)程。?
? ? ? ? 原絲生產(chǎn)過(guò)程主要包括聚合、脫泡、計(jì)量、噴絲、牽引、水洗、上油、烘干收絲等工序。?
? ? ? ? 碳化過(guò)程主要包括放絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化、表面處理、上漿烘干、收絲卷繞等工序。
? ? ? ? ?PAN基碳纖維生產(chǎn)的流程圖如圖1所示。
? ? ? ? 在一定的聚合條件下，丙稀腈（AN）在引發(fā)劑的自由基作用下，雙鍵被打開，并彼此連接為線型聚丙烯腈（PAN）大分子鏈，同時(shí)釋放出17.5kcal/mol的熱量，即
? ? ? ?生成的聚丙烯腈(PAN)紡絲液經(jīng)過(guò)濕法紡絲或干噴濕紡等紡絲工藝后即可得到PAN原絲。
? ? ? ?預(yù)氧化和炭化過(guò)程生產(chǎn)線示意圖如圖2所示。
? ? ? ? 如圖2所示，PAN原絲經(jīng)整經(jīng)后，送入1#預(yù)氧化爐、2#預(yù)氧化爐制得預(yù)氧化纖維（俗稱預(yù)氧絲）；預(yù)氧絲進(jìn)入低溫炭化爐、高溫炭化制得碳纖維；碳纖維經(jīng)表面處理、上漿即得到碳纖維產(chǎn)品。全過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，任何一道工序出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。全過(guò)程流程長(zhǎng)、工序多是多學(xué)科、多技術(shù)的集成。
? ? ? ?均聚PAN的玻璃化溫（Tg）為104℃，沒(méi)有軟化點(diǎn)，在317℃分解，共聚PAN的Tg大約在85~100℃范圍內(nèi)，共聚組分不同、共聚量的差異，使Tg隨之變化。共聚含量越多，Tg越低。預(yù)氧化的溫度控制在玻璃化溫度和裂解溫度之間，即200~300℃之間。預(yù)氧化的目的是使熱塑性PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu)，使其在炭化高溫下不熔不燃、保持纖維形態(tài)，熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài)。預(yù)氧化的梯形結(jié)構(gòu)使炭化效率顯著提高，大大降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，預(yù)氧絲（預(yù)氧化纖維OF）也是一種重要的中間產(chǎn)品，經(jīng)深加工可制成多種產(chǎn)品，直接進(jìn)入市場(chǎng)，并已在許多領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。
? ? ? ? ?PAN原絲經(jīng)預(yù)氧化處理后轉(zhuǎn)化為耐熱梯形結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)低溫炭化（300~1000℃）和高溫炭化（1000~1800℃）轉(zhuǎn)化為具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。在這一結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，較小的梯形結(jié)構(gòu)單元進(jìn)一步進(jìn)行交聯(lián)、縮聚，且伴隨熱解，在向亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的同時(shí)釋放出許多小分子副產(chǎn)物。同時(shí)，非碳元素O、N、H逐步被排除，C逐漸富集，最終形成含碳量90%以上的碳纖維。
? ? ? ? 另外，通過(guò)對(duì)碳纖維的進(jìn)一步石墨化還可以獲得高模量石墨纖維或高強(qiáng)度高模的MJ系列的高性能碳纖維。即在2000~3000℃高的熱處理溫度下牽伸石墨化，使碳纖維由無(wú)定型、亂層石墨結(jié)構(gòu)向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。
? ? ? ? 對(duì)于碳纖維來(lái)說(shuō)，預(yù)氧化時(shí)間為近百分鐘，炭化時(shí)間為幾分鐘，石墨化時(shí)間較短，一般只有幾秒到數(shù)十秒。
? ? ? ? 1、實(shí)現(xiàn)原絲 高純化、高強(qiáng)化、致密化 以及 表面光潔無(wú)暇 是制備高性能碳纖維的首要任務(wù)。碳纖維系統(tǒng)工程需從原絲的聚合單體開始，實(shí)現(xiàn)一條龍生產(chǎn)。原絲質(zhì)量既決定了碳纖維的性質(zhì)，又制約其生產(chǎn)成本。優(yōu)質(zhì)PAN原絲是制造高性能碳纖維的首要必備條件，這是多年經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。
? ? ? ? 2、雜質(zhì)缺陷最少化，這是提高碳纖維拉伸強(qiáng)度的根本措施，也是科技工作者研究的熱門課題。在某種意義上說(shuō)，提高強(qiáng)度的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是減少、減小缺陷的過(guò)程。
? ? ? ? 3、在預(yù)氧化過(guò)程中，保證均質(zhì)化的前提下，盡可能縮短預(yù)氧化時(shí)間。這是降低生產(chǎn)成本的方向性課題。
? ? ? ? 4、研究高溫技術(shù)和高溫設(shè)備以及相關(guān)的重要構(gòu)件。高溫炭化溫度一般在1300~1800℃，石墨化一般在2500~3000℃。在如此高的溫度下操作，既要連續(xù)運(yùn)行、又要提高設(shè)備的使用壽命，所以研究新一代高溫技術(shù)和高溫設(shè)備就顯得格外重要。如在惰性氣體保護(hù)、無(wú)氧狀態(tài)下進(jìn)行的微波、等離子和感應(yīng)加熱等技術(shù)。
1、預(yù)氧化爐碳
? ? ? ? 目前，大型預(yù)氧化爐采用多層運(yùn)行方式以提高生產(chǎn)效率。按照加熱空氣的組件在預(yù)氧化爐的內(nèi)部與外部的區(qū)別，這些大型預(yù)氧化爐可以分為內(nèi)熱循環(huán)式和外熱循環(huán)式兩種。外熱式可利用廢氣進(jìn)行再次熱交換，利于節(jié)能，如日本東麗公司的千噸級(jí)預(yù)氧化裝置就為該形式；而內(nèi)熱循環(huán)由于受熱風(fēng)均勻性限制，一般應(yīng)用于小型或試驗(yàn)線中。圖3為一種外熱循環(huán)式預(yù)氧化爐示意圖。
? ? ? ? 圖3所示的預(yù)氧化爐均為鋼板框架焊接結(jié)構(gòu)，分為三層，熱風(fēng)從頂部進(jìn)入爐膛，通過(guò)上層爐體安裝的孔板，形成一定的溫度梯度，均勻穿過(guò)絲束，使絲束發(fā)生預(yù)氧化反應(yīng)，從下層的循環(huán)風(fēng)出口通過(guò)過(guò)濾和再加熱后，從頂部循環(huán)進(jìn)入。為控制進(jìn)入爐膛內(nèi)部的熱空氣量，上部爐體設(shè)有解壓門(見圖示)，壓力到設(shè)定值時(shí)，解壓門自動(dòng)打開卸荷。由于PAN原絲易蓄熱，容易過(guò)熱而引起失火，故在上部爐體設(shè)有消防噴水管路。由于爐體高大，故內(nèi)部設(shè)有走臺(tái)。中部爐體部分在操作側(cè)設(shè)有移動(dòng)門，移動(dòng)門可正向移出，移動(dòng)門上設(shè)有透明觀察窗口，便于觀察絲束預(yù)氧化情況。由于該種形式的輥體在爐膛外部，因此在爐膛與外界之間設(shè)有預(yù)熱室，預(yù)熱室內(nèi)部的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)是單獨(dú)分開的。
2、炭化設(shè)備
? ? ? ? 炭化爐一般分為低溫炭化爐（300~1000℃）和高溫炭化爐（1000~1800℃）兩種。預(yù)氧絲先經(jīng)過(guò)低溫炭化爐，然后再進(jìn)入高溫炭化爐，兩者形成溫度梯度，以適應(yīng)纖維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。低溫炭化爐如圖4、圖5所示。
高溫炭化爐如圖6所示。
? ? ? ? 將耐熱梯型結(jié)構(gòu)的有機(jī)預(yù)氧絲經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚磙D(zhuǎn)化為含碳量在92%以上的無(wú)機(jī)碳纖維，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備是碳化爐。工程實(shí)踐與研究表明：其核心技術(shù)是寬口碳化爐及其配套的迷宮密封、廢氣排除和牽伸系統(tǒng)。對(duì)于百噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線，爐口寬度需在1 m以上，而且要正壓操作，就需非接觸式迷宮密封裝置；為使熱解廢氣不污染纖維，排除系統(tǒng)要暢通而瞬時(shí)排出；牽伸系統(tǒng)則是制造高性能碳纖維重要手段。
3、石墨化爐
? ? ? ? 目前使用的石墨化爐大多是以石墨管為發(fā)熱體的臥式爐，圖5為一種塔姆式石墨化爐示意圖。
? ? ? ? 另外，還有以高能等離子體為熱源的石墨化爐、高頻石墨化爐，分別如圖6、圖7所示。
? ? ? ? 日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國(guó)，日本的三家企業(yè)：日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽(yáng)目前擁有全球丙烯腈基碳纖維 50%以上的市場(chǎng)份額。目前，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中， 其生產(chǎn)的碳纖維無(wú)論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的 “ 領(lǐng)頭羊” 。碳纖維最成熟的技術(shù)在日本。
? ? ? ? 美國(guó)是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家之一，同時(shí)又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費(fèi)國(guó)，約占世界總消費(fèi)量的 1/3。
? ? ? ? 世界碳纖維的生產(chǎn)主要集中在日本、 美國(guó)、 德國(guó)等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)的臺(tái)灣省。其中， 碳纖維最大生產(chǎn)商日本東麗、 日本東邦、 日本三菱麗陽(yáng)的產(chǎn)量合計(jì)占全球產(chǎn)量的一半以上。
? ? ? ? 2017 年全球碳纖維產(chǎn)能區(qū)域分布
參考資料：
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