聚丙烯腈(PAN)基碳纖維復(fù)合材料

1、聚丙烯腈基（PAN）碳纖維復(fù)合材料09應(yīng)用化學(xué)姓名：蘇晨曦學(xué)號(hào)：2009063530碳纖維復(fù)合材料 碳纖維是一種以聚丙烯腈（PAN）、瀝青、粘膠纖維等人造纖維或合成纖維為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化等過程制得含碳量達(dá)90%以上的無機(jī)纖維材料。聚丙烯腈基（PAN）1 瀝青基2 粘膠基3用途單一，產(chǎn)量單一綜合性能好，便于大規(guī)模生產(chǎn)，占碳纖維總產(chǎn)量75%以上目前可制造出的碳纖維拉伸強(qiáng)度在3500Mpa以上，是鋼的79倍?？估炷Ａ吭?300043000Mpa亦遠(yuǎn)高于鋼。它的比重不到鋼的1/4，世界主流公司生產(chǎn)的PAN基碳纖維密度在1.751.93g/cm3之間。zzzzzzzzz碳纖維復(fù)合材料的性能

2、強(qiáng)度高密度低其他性能耐高溫（2000以上），低熱膨脹系數(shù)，比熱容小，出色的抗熱沖擊性，優(yōu)秀的抗腐蝕和抗輻射性能。聚丙烯腈基碳纖維的制造PAN選用的原因：1、PAN結(jié)構(gòu)式迄今發(fā)展高性能碳纖維最受人矚目先驅(qū)體2、選用PAN原因a、PAN纖維分子易于沿纖維軸取向；b、碳化收率（10001500）為50%55%;c、在脫除碳以外的雜原子時(shí)其骨架結(jié)構(gòu)很少破壞;d、在180附近存在塑性，便于紡絲后的改性處理和經(jīng)受高溫碳化處理。I600pmIPAN鏈的無規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)PAN纖維預(yù)氧化碳化石墨化PAN基碳纖維聚丙烯腈基碳纖維的制備聚丙烯腈基碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復(fù)合材料用增強(qiáng)體。無論均

3、聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產(chǎn)率，工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈為原料。對(duì)原料的要求是：雜質(zhì)、缺陷少；細(xì)度均勻，并越細(xì)越好；強(qiáng)度高，毛絲少；纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80%；熱轉(zhuǎn)化性能好。聚丙烯腈基碳纖維的結(jié)構(gòu) PAN基碳纖維基碳纖維基碳纖維基碳纖維的結(jié)構(gòu) ：聚丙烯腈基碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要做復(fù)合材料的增強(qiáng)體。碳纖維是由片狀石墨微晶沿纖維軸向方向堆砌而成的所謂“亂層”結(jié)構(gòu)，通常也把碳纖維的結(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)晶和孔洞組成，其中孔洞的含量、大小和分布對(duì)碳纖維的性能影響較大。碳纖維各層面間的間距約為，各平行層面間的各

4、個(gè)碳原子，排列不如石墨那樣規(guī)整，層與層之間借范德華力連接在一起。PAN碳纖維原絲微觀圖【1】PAN碳纖維原絲截面圖【2】PAN纖維截面SEM照【3】PAN碳纖維表面結(jié)構(gòu)PAN碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用1.航空航天：航天飛機(jī)、運(yùn)載火箭、導(dǎo)彈衛(wèi)星、民用商業(yè)飛機(jī)2.體育休閑：球桿球拍、箭弓、魚竿、自行車3.能源和工業(yè)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，太陽能基板、高檔汽車、建筑板材、裝備制造 航空航天長征6號(hào)運(yùn)載火箭歐洲空客A380美國航天飛機(jī)體育休閑高爾夫球桿捷安特XTC-ADV-SL釣魚竿網(wǎng)球拍 能源和工業(yè)海洋風(fēng)力發(fā)電太陽能電池板F1方程式賽車寶馬碳纖維改裝車 全球PAN碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 Toray Toho Hex

5、cel臺(tái)塑集團(tuán) SGL Aksa Cytec Mitsubishi Electric Zoltek Aldila世界PAN碳纖維主要生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)能（噸）20092010201120122013 小絲束 1K/3K/6K/12K/24K東麗集團(tuán)1760017600176001890020800東邦特耐克絲公司1350013500135001350013500三菱人造絲公司 7400 7400 7400 7400 7400臺(tái)塑集團(tuán) 6150 7450 8750 8750 8750赫氏公司 4750 4750 5500 7000 7000氰特工程材料公司 2000 3000 3000 4000 4

6、000土耳其Aksa公司 750 1500 3500 3500 3500印度Kemrock公司 00 400 1000 2000產(chǎn)能合計(jì)5215057650601006780071000產(chǎn)量系數(shù)0.73650540335601006780071000全球主要企業(yè)PAN碳纖維產(chǎn)能設(shè)計(jì)產(chǎn)能（噸）20092010201120122013 大絲束24K/48K/50K/60K/80K/320K及以上卓爾泰克集團(tuán)1300013000130001300013000德國SGL集團(tuán)60006000600075009000三菱人造絲公司700700270027002700東麗集團(tuán)300300300300300產(chǎn)

7、能合計(jì)2000020000220002350025000產(chǎn)量系數(shù)0.71800018000198002115022500我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 我國對(duì)碳纖維的研究起步較早，始于20世紀(jì)60年代，國家863計(jì)劃、973計(jì)劃等均對(duì)碳纖維研制進(jìn)行了支持，但進(jìn)展較緩慢，產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口。 2000年以來，在以師昌緒院士為首的一批材料界前輩的大力推動(dòng)下，我國碳纖維研發(fā)取得了長足的進(jìn)步。在國內(nèi)科研院所和以中國航天四院為代表的一大批企業(yè)的參與下，完成了高強(qiáng)中模碳纖維和基本型高模高強(qiáng)纖維制備技術(shù)的攻關(guān)，今后的研發(fā)重點(diǎn)將圍繞超高強(qiáng)中模和更高性能的高模高強(qiáng)碳纖維制備技術(shù)展開。 截止2011年底，中國大陸具備500

8、t產(chǎn)能以上規(guī)模、具有原絲和碳纖維制備的企業(yè)共有7家，其中有4家企業(yè)建起千噸以上產(chǎn)能規(guī)模。2009年，中鋼集團(tuán)在吉林市成立江城碳纖維，投資新建2000噸碳纖維生產(chǎn)線及制品加工線；2009年，總投資達(dá)30億元的碳纖維項(xiàng)目正式落戶康平縣，計(jì)劃5年內(nèi)建成年產(chǎn)萬噸聚丙烯腈碳纖維原絲項(xiàng)目、年產(chǎn)5000噸PAN碳纖維項(xiàng)目、年產(chǎn)360萬m2預(yù)浸料生產(chǎn)基地。投資億元的碳纖維項(xiàng)目一期土建工程已基本完成，2011年初開始試生產(chǎn)。2009年，石油吉林石化公司和吉林化纖集團(tuán)分別啟動(dòng)1000噸、5000噸規(guī)模的碳纖維原絲生產(chǎn)項(xiàng)目。2010年3月份，總投資51億元的碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目在三河市燕郊開發(fā)區(qū)開工建設(shè)，建成后

9、年產(chǎn)碳纖維原絲1萬噸、碳纖維復(fù)合材料3000噸。 2007年8月成立江蘇恒神纖維材料，已投入18億元，現(xiàn)有年產(chǎn)聚丙烯腈碳纖維3000噸、碳纖維織物1000萬m2 、碳纖維預(yù)浸料100萬m2和各種復(fù)合材料制品的生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)到“十二五”末期總投資將達(dá)50億元。2010年，中復(fù)神鷹碳纖維公司通過碳纖維及關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)項(xiàng)目的國家級(jí)鑒定，標(biāo)志著我國成功實(shí)現(xiàn)碳纖維國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，建成國內(nèi)首臺(tái)套規(guī)模最大、技術(shù)成熟的千噸級(jí)生產(chǎn)線。國內(nèi)碳纖維研究學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及個(gè)人1、楊玉良，科技部“973”計(jì)劃“高性能碳纖維相關(guān)重大問題的基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目首席科學(xué)家，中國科學(xué)院院士，復(fù)旦大學(xué)校長2、徐樑華，國家碳纖維工程技術(shù)研究中心主任，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長2、余木火，東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任，東華大學(xué)研究院副院長楊玉良院士 碳纖維因品種和質(zhì)量的不同，價(jià)格從100 多