工业化生产碳纤维的原料路线和生产工艺解析

行业动态 / 2024-01-15 16:04:53

工业化生产碳纤维是一项重要的技术，根据原料的不同，可以分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。其中，PAN基碳纤维是目前主要生产的碳纤维类型。相比于其他两种，PAN基碳纤维的生产工艺更简单，而且产品的力学性能优良，因此得到了广泛的应用。实际上，全球碳纤维产量的90%以上来自PAN基碳纤维。

PAN基碳纤维的生产过程主要包括原丝生产和原丝碳化两个阶段。在原丝生产阶段，丙烯腈聚合和纺纱等工艺被用来将聚丙烯腈纤维加工成原丝。然后，这些原丝被放入氧化炉中，在200℃至300℃的温度下进行氧化。接下来，在碳化炉中，在1000℃至2000℃的温度下进行碳化，最终制成碳纤维。原丝生产过程包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。碳化过程包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。

根据产品规格的不同，碳纤维可以分为宇航级和工业级两类，也称为小丝束碳纤维和大丝束碳纤维。大丝束碳纤维的规格包括48K、60K、120K、360K和480K等，而小丝束碳纤维最初以1K、3K、6K为主，后来逐渐发展为12K和24K。碳纤维还可以以纤维、布料、预浸料坯和切短纤维等形式存在。布料是由碳纤维制成的织品，预浸料坯是将碳纤维经树脂浸泡后转化成片状，切短纤维是指短丝。

碳纤维的制备并不直接使用碳的单质或石墨，而是采用一些含碳的有机纤维作为原料。这些有机纤维与塑料树脂结合后，在稀有气体的气氛中进行炭化处理，最终得到碳纤维。制备方法主要有高分子有机纤维的固相碳化和低分子烃类的气相热解。目前，使用聚丙烯腈纤维的固相碳化方法生产的碳纤维占据了主导地位。


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