1000噸年碳纖維項(xiàng)目建議書

1、1000噸/年碳纖維工程建議書1工程背景1.1工程名稱碳纖維工程1.2工程建設(shè)規(guī)模建設(shè)規(guī)模：1000噸/年1.3工程建設(shè)地址黑龍江省七臺(tái)河新興煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園區(qū)1.4工程提出背景2021年七臺(tái)河市焦炭產(chǎn)能到達(dá)1000萬噸,可以產(chǎn)生總量為 25億立方米的剩余煤氣、45萬噸煤焦油、12萬噸粗苯.如果從黑龍江省范圍考慮,按黑龍江省焦炭產(chǎn)量1500萬噸計(jì)算,可以產(chǎn)生37.5億立方米剩余煤氣、67.5萬噸煤焦油、18萬噸粗苯.已經(jīng)具備了向產(chǎn)品 品種結(jié)構(gòu)上深度開發(fā)的條件.目前生產(chǎn)的多數(shù)是化工的根底原料,是化工產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的根底產(chǎn)品,是精細(xì)化工產(chǎn)品的糧食要改變現(xiàn)有只賣原糧的局面,只有向精細(xì)化工領(lǐng)域邁進(jìn).七

2、臺(tái)河市煤化工產(chǎn)業(yè)下步開展要繼續(xù)以建立完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系為重點(diǎn),根據(jù)穩(wěn)煤、控焦、興化的總體開展思路,依托煤焦油、焦?fàn)t剩余煤氣、粗苯這三條線,整合資源、集中 優(yōu)勢(shì),繼續(xù)尋求延伸產(chǎn)業(yè)鏈條,搞好資源綜合利用和延伸轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用、綜合開發(fā)、高效增值,不斷擴(kuò)大煤化工產(chǎn)業(yè)的整體規(guī)模,形成全市工業(yè)經(jīng)濟(jì)加快開展新的增長(zhǎng)極.新興煤化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)位于七臺(tái)河市新興區(qū)轄區(qū)內(nèi),園區(qū)現(xiàn)有面積約4.7平方公里,一期增加2.9平方公里,到達(dá) 7.6平方公里；二期將長(zhǎng)興鄉(xiāng)馬鞍村整村搬遷至長(zhǎng)興村,增加5.5平方公里,總體到達(dá) 13.1平方公里；三期增加8.7平方公里,最終園區(qū)面積將到達(dá)21.8多平方公里,新興煤化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)是一

3、個(gè)以煤焦化及下游產(chǎn)品為主體的產(chǎn)業(yè)園區(qū).園區(qū)功能齊備,水、電、路等根底設(shè)施建設(shè)根本到位.基于上述政策和資源條件,提出一系列煤焦油工程,1000噸/年碳纖維工程是其中之一.2產(chǎn)品性質(zhì)與用途概述2.1產(chǎn)品的理化特性碳纖維是先進(jìn)復(fù)合材料中最重要的增強(qiáng)材料,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和耐久性能,高強(qiáng)高模,易于加工,是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼具紡織纖維的柔軟可加工性.與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比,楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49 )相比,不僅楊氏模量是其2倍左右,而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性出類拔萃.碳纖維微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨,是亂層石墨結(jié)構(gòu).它的

4、比重不到鋼的1/4,碳纖維單絲抗拉強(qiáng)度一般都在3500MPa以上,是鋼的79倍,抗拉彈性模量為230430GPa,亦高于 鋼.因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可到達(dá)2000MPa/ (g/cm3)以上,而 A3鋼的比強(qiáng)度僅為59MPa/ (g/cm3)左右,其比模量也比鋼高.材料的比強(qiáng)度愈高,那么構(gòu)件 自重愈小,比模量愈高,那么構(gòu)件的剛度愈大.瀝青基碳纖維是指以瀝青等富含稠環(huán)芳烴的物質(zhì)為原料,通過聚合、紡絲、不熔化、 碳化處理制備的一類碳纖維,按其性能的差異又分為通用級(jí)瀝青碳纖維和高性能瀝青碳纖維, 前者由各向同性瀝青制備,又稱各向同性瀝青級(jí)碳纖維,后者由中間相瀝青出發(fā)制備,故又稱

5、為中間相瀝青基碳纖維.瀝青基碳纖維具有以下特性：比重輕,密度??；超高強(qiáng)度與模量；耐磨耐疲勞減振性能等物理機(jī)械性能優(yōu)異；耐酸、 堿和鹽腐蝕,可形成多孔、外表活性吸附性強(qiáng)的活性碳纖維；熱膨脹系數(shù)小,導(dǎo)熱率高,不 出現(xiàn)蓄能和過熱；高溫下尺寸穩(wěn)定性好,導(dǎo)電性、射線透過性及電磁波遮蔽性良好；具有潤(rùn)滑性,不沾潤(rùn)在熔融金屬中,可使其復(fù)合材料磨損率降低,生物相容性好,生理適應(yīng)性強(qiáng). 主要產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)性能指標(biāo)如下表：工程指標(biāo)絲徑m 11018拉伸強(qiáng)度 MPa400600張力模量GPa3040電阻率cm56.5 X10-3密度g/ml1.57含碳量 wt%95表1瀝青基碳纖維的主要性能指標(biāo)2.2產(chǎn)品的用途在當(dāng)前

6、低碳經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境下,汽車、風(fēng)力渦輪葉片及壓力容器等產(chǎn)品的新興市場(chǎng)逐步興 起.盡管受到全球金融危機(jī)的影響,但高性能碳纖維的需求仍在不斷升溫,有機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)說明,在全球航空航天、工業(yè)、文體休閑用品等領(lǐng)域中碳纖維的市場(chǎng)份額逐年遞增.2.2.1瀝青基碳纖維在超高導(dǎo)熱材料方面的應(yīng)用由于電子機(jī)器小型化、輕量化與高功能化,電子部件發(fā)熱量增多.電子部件蓄熱,使LSI 大規(guī)模集成電路處理水平降低而導(dǎo)致電子部件損壞.因此,要求散熱效率高的電子部 件顯得非常重要.在現(xiàn)有的碳纖維中, 瀝青基碳纖維的導(dǎo)熱系數(shù)超過900W/m K,已被列入市場(chǎng)出售放熱材料的最高類別.將該纖維參加樹脂中加工成片材即可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,這種片材不僅具

7、有高導(dǎo)熱效率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的耐熱性、柔軟性和對(duì)凸凹狀的適應(yīng)性.這種導(dǎo)熱材料在IC 集成電路和CPU 電子計(jì)算機(jī)主機(jī)等的發(fā)熱體放出熱量的散熱部件中有廣泛的應(yīng)用.222瀝青基碳纖維在航空航天中的應(yīng)用碳纖維在航空航天裝備的輕量化、小型化和高性能化上起著無可替代的作用.飛機(jī)通過使用碳纖維復(fù)合材料到達(dá)輕量化、節(jié)能化,使乘客數(shù)與飛行距離增加.據(jù)報(bào)道,波音777客機(jī)全機(jī)碳纖維耗用量達(dá)7噸左右；A350超寬客機(jī),其高性能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)所占比例將達(dá)62% ,成為空客公司第一架全復(fù)合材料機(jī)翼飛機(jī).輕質(zhì)外衣不僅能有效克服質(zhì)量與平安之間固有的矛盾,還能大幅降低飛機(jī)能耗.A350的百千米油耗只有 2.5L/人,幾乎可以與現(xiàn)在

8、的小汽車媲美.在航天領(lǐng)域,高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料也是導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船等不可或缺的戰(zhàn)略材料.采用碳纖維與高分子制成的復(fù)合材料制造的衛(wèi)星火箭等宇宙飛行器,不僅推力大,噪音小,而且由于其質(zhì)量較輕,所以動(dòng)力消耗少,可節(jié)約大量燃料.據(jù)報(bào)道,航天飛 行器的質(zhì)量每減少1kg,就可使運(yùn)載火箭減輕 500kg.2.2.3瀝青基碳纖維在體育用品方面的應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料可應(yīng)用在高檔文體休閑用品中,如高爾夫球桿網(wǎng)球拍和釣魚桿等碳纖維復(fù)合材料的高爾夫球桿要比金屬桿輕近50% ;還可用于自行車、賽艇、賽車、弓箭、滑雪板、撐桿和樂器外殼等.2021年7月,浙江一家企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)的一體式碳纖維競(jìng)賽型自行車,在歐洲

9、市場(chǎng)賣出 了1萬歐元一輛的天價(jià),成為國內(nèi)率先生產(chǎn)碳纖維自行車的企業(yè).這種自行車復(fù)合材料的密度通常為1.6g/cm3,是鋼的1/5,較鋁材那么減重 40%左右,在自行車業(yè)界有這樣的說法：自 行車重量降低1克,賣價(jià)可提升1美元.2.2.4瀝青基碳纖維在汽車構(gòu)件的應(yīng)用碳纖維材料是汽車制造的優(yōu)質(zhì)材料,在高級(jí)汽車關(guān)鍵部件中開始大量采用抗拉強(qiáng)度在3500MPa以上的碳纖維,使用碳纖維材料可以使汽車的輕量化取得突破性進(jìn)展,并帶來節(jié)省 能源的效益.據(jù)悉,福特和保時(shí)捷生產(chǎn)的GT型賽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)罩已全部采用碳纖維材料；奔馳轎車內(nèi)裝飾通用轎車底盤和內(nèi)裝飾材料全部采用碳纖維；寶馬車的頂篷也采用碳纖維并進(jìn)行技術(shù)處理,使其

10、輕量化的同時(shí)保持金屬材料的光澤.225瀝青基碳纖維在風(fēng)力發(fā)電葉片中的應(yīng)用2021年碳纖維在風(fēng)機(jī)葉片中的應(yīng)用已成為繼航空航天后的第二大應(yīng)用.風(fēng)電應(yīng)用將推 動(dòng)大絲束23K碳纖維產(chǎn)量的增長(zhǎng).全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨筮€將促進(jìn)終端產(chǎn)品制造商的持 續(xù)投資,歐洲和亞洲在這一領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于美國,全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量的增長(zhǎng)速度正在加快, 高碳纖維含量的長(zhǎng)葉片制成的大容量風(fēng)機(jī)將成為主要趨勢(shì).2.2.6瀝青基碳纖維其他方面的應(yīng)用目前,纏繞成型的高強(qiáng)輕質(zhì)耐腐蝕碳纖維油套管已應(yīng)用于海洋和深井鉆采,國外已經(jīng)形成成熟的系列配套技術(shù).碳纖維在抗震修補(bǔ)和增強(qiáng)舉措中主要應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑物、鐵路、公路、橋梁、隧道、煙囪塔結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體的

11、加固補(bǔ)強(qiáng),以及結(jié)構(gòu)中梁、板柱墻等構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng).碳纖維自重輕,強(qiáng)度高,耐久性好,抗腐蝕水平強(qiáng),可耐酸、堿等化學(xué)品腐蝕,柔韌性佳,應(yīng)變水平 強(qiáng),是橋梁加固和建筑物抗震補(bǔ)強(qiáng)的理想材料.3國內(nèi)外碳纖維的生產(chǎn)狀況、市場(chǎng)簡(jiǎn)要分析3.1碳纖維的國內(nèi)外生產(chǎn)狀況世界工業(yè)化生產(chǎn)瀝青基炭纖維共三家.日本吳羽900"年、日本大阪瓦斯 500"年和美國阿什蘭德200t/年,總產(chǎn)能缺乏 2000t/年.據(jù)國外預(yù)測(cè),每年需要30005000噸瀝青基炭纖維,像美國福特公司決定剎車片全部使用炭纖維復(fù)合材料,以求改善其卡車剎車性能,一年就需要300噸.美國阿什蘭德 200噸/年生產(chǎn)石油系炭纖維裝置轉(zhuǎn)讓給鞍山

12、東亞炭纖維有限 公司,產(chǎn)品全部售往國外.從原來的2030t/年到目前每年300多噸銷往國外,可見市場(chǎng)需求量在不斷擴(kuò)大.我國從上世紀(jì)70年代中期開始研發(fā)高性能碳纖維,經(jīng)過近40年的開展,已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,并在航天主導(dǎo)產(chǎn)品上得到了廣泛應(yīng)用.20世紀(jì)60年代,由中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所率先開始PAN基碳纖維的研究,70年代初完成了連續(xù)化中試裝置.其后上海合成纖維 研究所、中科院山西煤化所、北京化工大學(xué)、山東工業(yè)大學(xué)等也開始研究工作,并于80年代中期通過了中試,進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化試生產(chǎn)階段,先后建成了從年產(chǎn)幾百千克到幾噸的小試裝置 和年產(chǎn)幾十噸的中試裝置.進(jìn)入21世紀(jì)以來,國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)開展較快,安徽華皖碳

13、纖維公司率先引進(jìn)了年產(chǎn) 500t原絲、200t PAN-CF生產(chǎn)裝置,成功地填補(bǔ)我國碳纖維及原絲工 業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)空白.該公司還方案5年內(nèi)在自主研發(fā)的前提下,將碳纖維的年生產(chǎn)規(guī)模開展到1000t,同時(shí)配套年產(chǎn) 2500t原絲,其中一局部碳纖維用于軍工領(lǐng)域,一局部通過制成下游產(chǎn)品預(yù)浸布后投放市場(chǎng).從2000年開始,我國碳纖維向技術(shù)多元化開展,放棄了原來的硝酸法原絲制造技術(shù),采用以二甲基亞砜為溶劑的一步法濕法紡絲技術(shù)獲得成功.近年來,國家有關(guān)部委已將碳纖維技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程作為我國的一項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù).隨后, 一些企業(yè)相繼參加碳纖維生產(chǎn)行列.目前,我國已有吉林神舟碳纖維公司、山東天泰新材料股份、浙江嘉興中寶

14、碳纖維、保定天鵝化纖集團(tuán)、 大連興科碳纖維有限公司、山西恒天紡織新纖維科技等生產(chǎn)規(guī)模大小不一的碳纖維生產(chǎn)廠家,合計(jì)年生產(chǎn)水平為2310t.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前擬建和在建的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有11家,合計(jì)生產(chǎn)水平為原絲年產(chǎn)量7100t、碳纖維1560t,其中在建企業(yè)為 4家,合計(jì)生產(chǎn)水平為原絲年產(chǎn)量1100t、碳纖維470t.我國屬于碳纖維消費(fèi)大國,但我國 2021年碳纖維產(chǎn)能僅2000t左右,而且主要是低性 能產(chǎn)品,沒有形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè),絕大局部依賴進(jìn)口,由于缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐, 國內(nèi)企業(yè)目前尚未掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù).我國碳纖維的質(zhì)量、 技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模與國外差距很大,其中高性能碳纖

15、維技術(shù)更是被西方國家壟斷和封鎖.據(jù)杭城摩擦材料介紹,每年需要200噸瀝青基炭纖維用于摩擦材料,該廠剎車片產(chǎn)量占全國 2025%,預(yù)測(cè)全國剎車片年用瀝青基炭纖維8001000噸.從冶金系統(tǒng)來看,僅閘瓦和軸瓦兩種產(chǎn)品就需求炭纖維300500噸.預(yù)測(cè)2021年以后炭纖維用量將達(dá)10001500噸.因此開發(fā)通用級(jí)瀝青炭纖維及復(fù)合材料就國內(nèi)市場(chǎng)而言,前景廣闊,對(duì)炭 素行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和促進(jìn)開展有著深遠(yuǎn)的意義.3.2碳纖維市場(chǎng)簡(jiǎn)要分析盡管我國碳纖維生產(chǎn)開展較為緩慢,而消費(fèi)量卻一直呈逐年增加的趨勢(shì),市場(chǎng)需求旺盛. 據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),2021年我國碳纖維的年需求量已超過7000t, 2021年超過8500t.主要

16、應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋撼墒焓袌?chǎng)有航空航天及國防領(lǐng)域飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、雷達(dá)等和體育休 閑用品高爾夫球桿、漁具、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車、賽艇等,新興市場(chǎng)有增 強(qiáng)塑料、壓力容器、建筑加固、風(fēng)力發(fā)電、摩擦材料、鉆井平臺(tái)等,待開發(fā)市場(chǎng)有汽車、醫(yī) 療器械、新能源等.近年來,中國航空航天技術(shù)的快速開展急需高性能碳纖維及其復(fù)合材料, 我國體育休閑用品及壓力容器等領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求也迅速增長(zhǎng),體育休閑用品的使用量最大,占消費(fèi)量的約80%90%.我國正處于經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)時(shí)期,隨著西部大開發(fā)、中部崛起、東北振興等戰(zhàn)略的不斷深入,碳纖維將會(huì)越來越多地被用于建筑工程和結(jié)構(gòu)制品中.同時(shí), 隨著我國汽車業(yè)的不斷開展,碳纖

17、維有可能在我國被大范圍的應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域中.另一方面人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提升,會(huì)有越來越多的人參與各種運(yùn)動(dòng)休閑活動(dòng).考慮到我國對(duì)碳纖維的應(yīng)用還在不斷開展,許多用途還有待開發(fā), 碳纖維在我國將會(huì)有極為廣闊的市場(chǎng)前景.此外,全球碳纖維市場(chǎng)開展迅速,需求量的不斷增長(zhǎng)對(duì)我國碳纖維行業(yè)的開展提供了 難得的機(jī)遇.現(xiàn)在,我國碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)具有一定的研究和應(yīng)用水平,并形成了一支從設(shè)計(jì)、材料到制造配套的研發(fā)隊(duì)伍.各大主機(jī)廠均已建立了較完善的復(fù)合材料生產(chǎn)手段和車間,完成了相應(yīng)的技術(shù)改造, 碳纖維復(fù)合材料在各種軍、民機(jī)型號(hào)上已獲得應(yīng)用.不過,我們?cè)趹?yīng)用規(guī)模與水平、設(shè)計(jì)的理念方法和手段、材料的根底和配套制造的

18、工藝、設(shè)備等方面均與國外先進(jìn)水平有一定差距, 尤其是實(shí)際應(yīng)用方面. 如我國軍用戰(zhàn)斗機(jī)上碳纖維復(fù)合材料最大用量 尚缺乏10%,世界軍機(jī)的機(jī)翼自上世紀(jì)80年代后就早已復(fù)合材料化了,我國至今尚無批生產(chǎn)的復(fù)合材料機(jī)翼問世；最新研制的ARJ21支線客機(jī)復(fù)合材料用量缺乏2%.碳纖維復(fù)合材料作為世界先進(jìn)復(fù)合材料的代表,應(yīng)用領(lǐng)域正不斷拓寬, 尤其是近年來其應(yīng)用開展的多元化,使碳纖維年需求增長(zhǎng)率達(dá)20%,2021年已達(dá)19.2億美元,2021年將達(dá)23億美元,未來 5年其年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)5.02%,由此可見,全球碳纖維的市場(chǎng)需求將出現(xiàn)新的躍升趨向.瀝青基碳纖維因生產(chǎn)本錢低,市場(chǎng)價(jià)格低廉,再加上新用途的不斷開發(fā)

19、和擴(kuò)大,需求量將會(huì)進(jìn)一步增加,市場(chǎng)將進(jìn)一步擴(kuò)大,開展前景十分樂觀.4工藝技術(shù)方案簡(jiǎn)介4.1碳纖維制備工藝簡(jiǎn)介瀝青基碳纖維原料主要是石油瀝青和煤瀝青,而煤瀝青又有兩種：一種是從煤焦油中 提取的煤瀝青；另一種是從煤中直接提取的煤瀝青.瀝青基碳纖維生產(chǎn)程序包括：原料預(yù)處理、調(diào)質(zhì)改性得到各向同性瀝青或各向異性瀝青熔融紡絲、不熔化預(yù)氧化處理、惰性氣 氛下高溫炭化或石墨化處理.由各向同性瀝青制得的碳纖維是低能級(jí)碳纖維即通用級(jí)GPCF,而由各向異性瀝青中間相瀝青制得的是高能級(jí)碳纖維HPCF .如何把各向同性的普通瀝青轉(zhuǎn)變成各向異性的中間相瀝青,這是生產(chǎn)高性能級(jí)瀝青碳纖維的關(guān)鍵.同時(shí),由于紡出的瀝青碳纖維不熔

20、化處理是通過化學(xué)反響來實(shí)現(xiàn)的,因此還要求原料具有一定的化學(xué)反響性.且炭化和石墨化時(shí),要考慮碳的收率和石墨化性能,故瀝青原料在紡成纖維之前要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)改性 處理,以調(diào)整其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu).4.1.1瀝青原料的前處理無論是通用級(jí)瀝青基碳纖維還是中間相瀝青基碳纖維,原料瀝青都必須精制以脫除其中的一次QI,方法主要采用物理手段,如熱溶過濾,離心別離,靜置沉降別離,減壓蒸餾, 溶劑抽提等.用苯或甲苯等溶劑抽提除去輕組分,改變?cè)系南鄬?duì)分子質(zhì)量分布,密集生成中間相的組份,利于中間相的轉(zhuǎn)化； 超臨界抽提和旋轉(zhuǎn)刮膜蒸發(fā)法是最近開展起來的兩種新 的瀝青處理方法,具有高效、快速、使餾分分子量分布狹窄等特點(diǎn).也有

21、采用高溫?zé)崽幚硎篂r青中劣質(zhì)活性組份優(yōu)先形成中間相小球,并吸附瀝青熔融相中的游離炭等固體雜質(zhì),然后采用熱過濾或沉降等方法將其剔除,得到相對(duì)分子量分布較為均勻的原料瀝青的化學(xué)處理方法.4.1.2通用級(jí)瀝青碳纖維的調(diào)制為提升瀝青的軟化點(diǎn)及可紡性,須對(duì)原料瀝青進(jìn)行熱處理,常用的方法包括：直接熱縮聚法、氧化熱縮聚法、與高聚物共聚合方法等.原料瀝青經(jīng)芳烴溶劑別離除去溶劑不溶物 及其中的熱反響組分后,再在減壓條件下,通入氮?dú)膺M(jìn)行熱處理,便可得到適合紡絲的原料；大阪煤氣公司開發(fā)了空氣吹掃氧化熱縮聚法,即用空氣或含低濃度氧的氣體在100400 °C進(jìn)行熱處理,由于氧分子的交聯(lián),瀝青縮聚成三維結(jié)構(gòu)的高分

22、子,它們?yōu)楦飨蛲缘腝I ,具良好可紡性.煤焦油瀝青中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.22%的PVC樹脂,氧氣攪拌加熱處理,可在瀝青中引入烷基, 從而使之具有更高的氧化反響性,促進(jìn)不熔化處理,同時(shí)相對(duì)分子質(zhì)量更大,軟化點(diǎn)相應(yīng)提升,由此制備的碳纖維與未加PVC的原料瀝青相比,強(qiáng)度有相當(dāng)幅度的提升.4.1.3高性能瀝青碳纖維的調(diào)制對(duì)于一般瀝青而言,需要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)制.針對(duì)不同原料的分子組成和結(jié)構(gòu),合理地進(jìn)行碳化反響分子設(shè)計(jì),有目的地對(duì)某些分子群加以修飾和改性,限制原料芳香分子以一個(gè)較為緩慢的中等速度縮聚成大尺寸的平面芳香分子,然后在碳化體系的較低粘度下逐漸達(dá)到平行堆積形成大尺寸的中間相球體,最后形成大域融并體.

23、其主要方法包括直接熱縮聚法、加氫復(fù)原法、共碳化法和催化改質(zhì)法.4.1.4瀝青的紡絲制備瀝青基碳纖維時(shí),首先要將瀝青進(jìn)行熔融紡絲.熔融紡絲可用噴吹、離心或擠壓 等方法.噴吹法在熔體流入噴絲頭出口處時(shí),噴吹熱空氣使之與纖維成一定的角度進(jìn)行牽伸,可制得短瀝青纖維.離心法是將熔體落在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)內(nèi),利用離心力的作用使熔體分散牽伸成瀝青短纖維.擠壓法是將瀝青熔體用泵或氮?dú)鈮毫λ腿爰徑z主體,通過剪切力和牽伸力的作用使瀝青的稠環(huán)芳烴片層大分子沿纖維軸向取向排列.紡絲工藝參數(shù)根據(jù)瀝青的流變性能及要求而定,通常紡絲溫度高于軟化點(diǎn)30100C,紡絲壓力最高達(dá)幾個(gè)兆帕,卷繞速度為幾十到 1000m/min .4

24、.1.5瀝青基纖維的不熔化、碳化和石墨化處理由于紡絲瀝青是熱塑性體,為了在碳化過程中保持其形態(tài)和擇優(yōu)取向.必須采用適宜的氧化處理方法使之不熔化.不熔化方法主要有氣相氧化法空氣、鹽酸氣、臭氧、NO2、SO2等和液相氧化法硝酸、硫酸、高錳酸鉀、過氧化氫等.通常,不熔化瀝青纖維是在空氣之類的氧化性氣氛中于高溫下完成,其起始溫度在軟化點(diǎn)以下, 隨熱氧化反響的進(jìn)行,組成瀝青纖維的復(fù)雜有機(jī)分子相互交聯(lián),生成不熔不溶體.為提升纖維的力學(xué)性能,不熔化瀝青纖維應(yīng)在惰性氣氛中進(jìn)行碳化或石墨化.通常碳化是指1700 C以下進(jìn)行熱處理,而石墨化那么是指在接近3000 C進(jìn)行熱處理.不熔化纖維在低碳化溫度時(shí),其含氧官能

25、團(tuán)以CO2和CO脫離,分子間產(chǎn)生進(jìn)一步縮聚.在600 C以上伴隨脫甲烷脫氫生成焦油狀物質(zhì)的熱分解反響進(jìn)行縮合反響,此時(shí)碳平面增長(zhǎng),碳的固有特性得到開展.隨碳化溫度的升高,單絲的拉伸強(qiáng)度從500C開始很快增加,而模量直至600 C幾乎不變,600C以上才快速反響.隨溫度的升,中間相瀝青纖維的抗拉強(qiáng)度和模量迅速提4.2建議工藝流程主要工藝過程R 紡絲瀝青粉碎 f熔融紡絲炭化氧化穩(wěn)定化圖1煤系瀝青基碳纖維工藝流程示意圖煤瀝青經(jīng)溶劑沉降得到精制軟瀝青,精制軟瀝青計(jì)量進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器, 載熱劑夾套加熱,輕沸點(diǎn)產(chǎn)品經(jīng)過蛇管冷卻后回收外銷,高軟化點(diǎn)瀝青即為紡絲瀝青,經(jīng)靜態(tài)混合器,齒輪泵,過濾器進(jìn)入噴絲頭,同時(shí)于噴絲頭周邊噴入定量定溫的熱空氣,夾帶瀝青絲進(jìn)入斜料斗,落入穩(wěn)定化即預(yù)氧化金屬輸送網(wǎng)帶上,送入氧化爐,進(jìn)行預(yù)氧化處理.預(yù)氧化了的瀝青絲, 經(jīng)傳送帶進(jìn)入