1000噸年碳纖維項(xiàng)目建議書

1、1000 噸噸/年碳纖維項(xiàng)目建議書年碳纖維項(xiàng)目建議書1 項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景1.1 項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱碳纖維項(xiàng)目1.2 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模建設(shè)規(guī)模：1000 噸/年1.3 項(xiàng)目建設(shè)地址項(xiàng)目建設(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 項(xiàng)目提出背景項(xiàng)目提出背景2011 年七臺(tái)河市焦炭產(chǎn)能達(dá)到 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

2、基礎(chǔ)原料， 是化工產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)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)。七臺(tái)河市煤化工產(chǎn)業(yè)下步發(fā)展要繼續(xù)以建立完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系為重點(diǎn)，按照“穩(wěn)煤、控焦、興化”的總體發(fā)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)加快發(fā)展新的增長極。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，達(dá)到 7.6 平方公里；二期將長興鄉(xiāng)馬鞍村整村搬遷至

3、長興村，增加 5.5平方公里，總體達(dá)到 13.1 平方公里；三期增加 8.7 平方公里，最終園區(qū)面積將達(dá)到 21.8 多平方公里， 新興煤化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)是一個(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、路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本到位?；谏鲜稣吆唾Y源條件， 提出一系列煤焦油項(xiàng)目， 1000 噸/年碳纖維項(xiàng)目是其中之一。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

4、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)度與其密度之比可達(dá)到 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，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(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)

5、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、表面活性吸附性強(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；具有潤滑性，不沾潤在熔融金屬中，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：項(xiàng) 目

6、指標(biāo)絲徑m1018拉伸強(qiáng)度 MPa400600張力模量 GPa3040電阻率cm56.5 10-3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)品的用途產(chǎn)品的用途在當(dāng)前低碳經(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)表明，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（

7、大規(guī)模集成電路）處理能力降低而導(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/mK，已被列入市場(chǎng)出售放熱材料的最高類別。 將該纖維加入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。2.2.2 瀝青基碳纖維在航空航天中的應(yīng)用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)合材料達(dá)到輕量化、

8、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)量與安全之間固有的矛盾，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，

9、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。2009 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，較鋁材則減重 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)可提高

10、1 美元。2.2.4 瀝青基碳纖維在汽車構(gòu)件的應(yīng)用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，使其輕量化的同時(shí)保持金屬材料的光澤。2.2.5 瀝青基碳纖維在風(fēng)力發(fā)電葉片中的應(yīng)用瀝青基碳纖維在風(fēng)力發(fā)電葉片中的應(yīng)用2010 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)

11、用。風(fēng)電應(yīng)用將推動(dòng)大絲束（23K）碳纖維產(chǎn)量的增長。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)容量的增長速度正在加快，高碳纖維含量的長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)措施中主要應(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，抗腐蝕能力強(qiáng)，可耐酸、堿

12、等化學(xué)品腐蝕，柔韌性佳，應(yīng)變能力強(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)簡要分析國內(nèi)外碳纖維的生產(chǎn)狀況、市場(chǎng)簡要分析3.1 碳纖維的國內(nèi)外生產(chǎn)狀況碳纖維的國內(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 900t/年、日本大阪瓦斯 500t/年和美國阿什蘭德 200t/年，總產(chǎn)能不足 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)讓給鞍山東亞炭纖維有限公司，產(chǎn)品全部售往國外。從原來的

13、 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 年的發(fā)展， 已取得了長足的進(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)發(fā)展較快，安徽華皖碳纖維公司率

14、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。 該公司還計(jì)劃 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)模發(fā)展到 1000t，同時(shí)配套年產(chǎn) 2500t 原絲，其中一部分碳纖維用于軍工領(lǐng)域，一部分通過制成下游產(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)多元化發(fā)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)相繼加入碳纖維生產(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有限公司

15、、浙江嘉興中寶碳纖維有限公司、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有限公司等生產(chǎn)規(guī)模大小不一的碳纖維生產(chǎn)廠家， 合計(jì)年生產(chǎn)能力為 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)能力為原絲年產(chǎn)量 7100t、碳纖維 1560t，其中在建企業(yè)為 4 家，合計(jì)生產(chǎn)能力為原絲年產(chǎn)量 1100t 、碳纖維 470t。我國屬于碳纖維消費(fèi)大國，但我國 2008 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)?；a(chǎn)業(yè)， 絕大部分依賴進(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

16、碳纖維的質(zhì)量、 技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模與國外差距很大，其中高性能碳纖維技術(shù)更是被西方國家壟斷和封鎖。據(jù)杭城摩擦材料有限公司介紹，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) 2012 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)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。3.2 碳纖維市場(chǎng)簡要分析碳纖維市場(chǎng)簡要分析盡管我國碳纖維生產(chǎn)發(fā)展較為緩慢， 而消費(fèi)量卻一直呈逐年增加的趨勢(shì)，

17、市場(chǎng)需求旺盛。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2008 年我國碳纖維的年需求量已超過 7000t，2010 年超過 8500t。主要應(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)的快速發(fā)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， 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)快速增長時(shí)期， 隨著西

18、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)的不斷發(fā)展， 碳纖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高， 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)用還在不斷發(fā)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)發(fā)展迅速，需求量的不斷增長對(duì)我國碳纖維行業(yè)的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇?，F(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，

19、 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、材料的基礎(chǔ)和配套制造的工藝、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)合材料最大用量尚不足 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)合材料用量不足 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)用發(fā)展的多元化，使碳纖維年需求增長率達(dá) 20%，2009 年已達(dá) 19.2 億美元，2013 年將達(dá)2

20、3 億美元，未來 5 年其年均復(fù)合增長率將達(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)成本低，市場(chǎng)價(jià)格低廉，再加上新用途的不斷開發(fā)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，發(fā)展前景十分樂觀。4 工藝技術(shù)方案簡介工藝技術(shù)方案簡介4.1 碳纖維制備工藝簡介碳纖維制備工藝簡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

21、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化處理是通過化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的， 因此還要求原料具有一定的化學(xué)反應(yīng)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，離心分離，靜置沉降分

22、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)法是最近發(fā)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)制通用級(jí)瀝青碳纖維的調(diào)制為提高瀝青的軟化點(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

23、。原料瀝青經(jīng)芳烴溶劑分離除去溶劑不溶物及其中的熱反應(yīng)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)的高分子，它們?yōu)楦飨蛲缘?QI，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應(yīng)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)提高，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)幅度的提高。4.1.3 高性能瀝青碳纖維的調(diào)制高性能瀝青碳纖維

24、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)行碳化反應(yīng)分子設(shè)計(jì)， 有目的地對(duì)某些分子群加以修飾和改性， 控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。 其主要方法包括直接熱縮聚法、加氫還原法、共碳化法和催化改質(zhì)法。4.1.4 瀝青的紡絲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

25、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) 30100，紡絲壓力最高達(dá)幾個(gè)兆帕，卷繞速度為幾十到 1000m/min。4.1.5 瀝青基纖維的不熔化、碳化和石墨化處理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。必須采用合適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、

26、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， 隨熱氧化反應(yīng)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。為提高纖維的力學(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以下進(jìn)行熱處理，而石墨化則是指在接近 3000進(jìn)行熱處理。不熔化纖維在低碳化溫度時(shí)，其含氧官能團(tuán)以 CO2和 CO 脫離，分子間產(chǎn)生進(jìn)一步縮聚。在 600以上伴隨脫甲烷脫氫生成焦油狀物質(zhì)的熱分解反應(yīng)進(jìn)行縮合反應(yīng)， 此時(shí)碳平面增長， 碳的固有特性得到發(fā)展。隨碳化溫度的升高，單絲的拉伸強(qiáng)度從 500開始很快增加，而模量直至 600幾乎不變，600以上才快速反應(yīng)。隨溫度的升，中間相瀝青纖維的抗拉強(qiáng)度和模量迅速提高。4.2 建議工藝流程建議工藝流程主要工藝過程圖 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)入碳化爐，對(duì)