聚丙烯腈基碳纤维制备工艺研究进展

综述了近年来聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(CF)在制备方面的新工艺,介绍了这些新的处理工艺的作用机理和作用效果,并展望了这些工艺在未来的发展方向。

21 02年 2月

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文章编号：0 314 ( 02 0 -0 0 -6 10—55 2 1 ) 1 1 10 0

聚丙烯腈基碳纤维制备工艺研究进展余红伟袁慧五王源升，,,魏(. 1海军工程大学理学院化学与材料系，湖北武汉 2海军榆林装备技术质量监测站， .海南三亚

徵40 3; 3 0 3 5 22; 70 1

3 .高分子材料工程国家重点实验室 (四川大学 )四川成都，摘

60 6 ) 10 5

妻：综述了近年来聚丙烯腈 ( A ) P N基碳纤维 ( F在制备方面的新工艺， C)介绍了这些新的处理工艺的作用

机理和作用效果，并展望了这些工艺在未来的发展方向。 关键词：聚丙烯腈；碳纤维；喷湿纺；干预氧化；炭化中图分类号：Q 4 .4 T 32 7文献标识码： A

碳纤维 ( F问世于上世纪 5 O) 0年代，上世是纪 6代起得到迅速发展的一种含碳量高于 O年 9%的新型碳材料，一种以聚丙烯腈 ( A、 0是 P N)沥青、胶纤维等为原料，预氧化、化、墨粘经炭石化等工艺而制得的含碳量大于 9%的高强、 0高模、耐高温特种纤维…。其中 P N基 C A F由于具有产品综合性能好，而发展很快，量占到 C产 F总量的 9%以上，为最主要的品种 _。P N基 0成 2 A J

能不断提高，档次产品逐步系列化，新目前制取高性能碳纤维的最主要指标仍然是其强度、量模和断裂伸长率。近 2 0年来，A P N基碳纤维的力学性能有了明显的提高，使同牌号的产品，即各公司的质量指标也在逐步提高。以日本东丽

公司为例，0年代生产的高强碳纤维 T0 7 30拉伸强度仅为 22 P,0年代中期达到 30—3 1 . 1G a8 . . G a18达到 32G a目前其拉伸强度已达 P,98年 . P,到 35 P。在 9 .6G a 0年代各公司新的牌号不断涌现，美国 B S如 A F公司的 C l n 4 - 0、0、0 ei G 06 7 0 8 0 o 0系列碳纤维；丽公司相继开发出 T 0、 4 0东 30 T0、 T 0、 8 0 T 0 0系列高强碳纤维和 M3 J 5 0 T 0 H、 1 0 5、

C F的制备是一个复杂的工艺过程，由于

它涉及 P N系高聚物的聚合、丝、氧化和炭化等一 A纺预系列工艺，中每个工艺步骤都有诸多因素影响其到C F的质量。为了制取高性能的 C,仅需要 F不优质的原丝，还需要选择与之相适应的预氧化和

M 0、 5 JM6J系列高强度高模量碳纤维， 4 JM 5、 0其中东丽 T 00碳纤维直径细，度高，伸强度 10密拉达 70 P,拉模量为 24G a而东丽 MJ .2G a抗 9 P,系列高强度高模型 M 0,伸模量为 58G a拉 6 J拉 8 P,伸强度为 3 9 P 。 . 4G a

炭化工艺。目前，制备高性能的 C在技术上为 F,主要通过以下 3种方式来进行： 1通过改进 () P N的聚合工艺来调整分子量，分子量分布较 A使窄；2采用先进的纺丝工艺 (干喷湿纺 ) ()如以减

少纺丝过程中形成的缺陷；3改进原丝预氧化 ()和炭化工艺。

我国从 2 O世纪 6 0年代后期开始研制碳纤维，当时在国家有关部门的大力支持下，几家十科研单位开展了研制工作，先后建成了从几百千克到几吨的小试装置和几十吨的中试装置，因但对技术难度估计不足、金投入不力、研力量资科分散、究欠缺深人、术缺乏创新等因素，纤研技碳

1国内外 P N基 C A F发展现状目前 P N基碳纤维的生产现在己经分化为 A

以美国、欧洲为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束碳纤维两大类。他们的产品的性收稿日期：0 1 0 0 2 1— 9— 9

维技术水平、生产能力和产品品质都与国外先进水平存在较大差距。进入 2世纪， j 1国内碳纤

基金项目：国家自然科学基金面上项目(170 8; 5 039 )高分子材料工程国家重点实验室 (四川大学)开放课题 ( F0 9 1。 K 20 0 )

通讯作者：余红伟，9 7年生， 16副教授，主要从事功能高分子材料研究。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mntq.html