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碳纤维“四问”2023年01月04日 来源:
中国石化报 作者:
在开始谈“不同”之前,我们先聊聊大、小丝束的共性。 ·什么是碳纤维? 碳纤维(carbon fiber,简称CF)是含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维,是一种新型纤维材料,不仅具有碳材料的固有本征特性,而且兼具纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。其中,聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于生产工艺相对简单,占碳纤维总量 90%以上,占据主导地位,上海石化布局的48K大丝束碳纤维国产线就是采用中国石化自主开发的PAN基大丝束原丝、碳纤维技术。 ·碳纤维性能如何? 碳纤维具备出色的力学性能和化学稳定性,密度是钢的1/5,强度却是钢的7至9倍,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度(强度/密度)和最高比模量(模量/密度)的纤维,同时还具有耐腐蚀、耐高温、耐疲劳等特性,以及良好的可加工、可设计性。 碳纤维领域龙头企业日本东丽公司把碳纤维分为T和M两个系列。T系列表示的是拉伸强度,M系列表示的是模量。现在,T系列最高等级是T1000,M系列最高等级为MJ60。 ·碳纤维产业发展多少年了? 碳纤维从无到有,经历了100多年的发展,目前全球碳纤维产能已经突破10万吨量级。 碳纤维作为一种高价值新材料,制造难度高、工艺复杂,一直都是国外进行技术封锁和产品垄断的战略物资,高端碳纤维复合材料技术长期掌握在发达国家手中,美国、日本和欧洲国家在碳纤维领域技术产业领先,日本东丽公司长期处于行业龙头地位,新兴国家在发展碳纤维上举步维艰。20世纪70年代,国外已实现高性能碳纤维的批量生产。 我国碳纤维技术研发始于1962年,但由于基础研究落后,碳纤维的产业发展一直在低水平徘徊。20世纪80年代,我国组织全国力量开展碳纤维研制攻关,近年来已相继实现了多个系列和级别的碳纤维国产化,而且解决了宇航级碳纤维的自主保障问题,使我国成为继日本、美国、法国、俄罗斯之后第5个掌握宇航级碳纤维技术的国家。 ·碳纤维的产业链如何构成? 完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程。从石油、煤炭、天然气中均可以得到丙烯;丙烯经氨氧化后得到丙烯腈,丙烯腈聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈(PAN)原丝,再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维,并进一步制成碳纤维织物和碳纤维预浸料,作为生产碳纤维复合材料的原材料;碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合,形成碳纤维复合材料,再经各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。
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