全球及中國PAN-基碳纖維技術(shù)發(fā)展階段及工藝進(jìn)展分析

全球及中國PAN-基碳纖維技術(shù)發(fā)展階段及工藝進(jìn)展分析

——全球PAN基碳纖維技術(shù)發(fā)展全球PAN基碳纖維的技術(shù)發(fā)展過程大致可以歸納為四個階段：第一階段，20世紀(jì)60年代突破了PAN基碳纖維的連續(xù)制備技術(shù)路線，為碳纖維從實驗室走向工業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；第二階段，20世紀(jì)70年代實現(xiàn)了強(qiáng)度為3.0GPa左右的基本型碳纖維工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，推動了碳纖維在國防和工業(yè)領(lǐng)域的實用化；第三階段，20世紀(jì)80年代，拉伸強(qiáng)度為4.9GPa的高強(qiáng)型碳纖維以及高強(qiáng)中模碳纖維制備技術(shù)取得突破，并在民航領(lǐng)域得到規(guī)?；瘧?yīng)用；第四階段，在20世紀(jì)90年代以超高壓氣瓶應(yīng)用為主的需求牽引下，高強(qiáng)中模型碳纖維實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，多種高強(qiáng)高模型碳纖維研發(fā)成功。東麗公司生產(chǎn)的PAN基碳纖維無論質(zhì)量還是產(chǎn)量都居世界前列，代表當(dāng)今世界最高水平。日本東麗公司碳纖維發(fā)展歷史關(guān)鍵事件資料來源：公開資料縱觀全球，自2013年開始，為了提高競爭力以及滿足更高性能復(fù)合材料對碳纖維的要求，各公司相繼推出更高強(qiáng)度的碳纖維，美國HEXCEL的IM10、東麗的T1100、三菱的MR70、東邦的XMS32，都是拉伸強(qiáng)度約7GPa、模量約320GPa的超高強(qiáng)度碳纖維。同時，為適應(yīng)不斷擴(kuò)展的復(fù)合材料應(yīng)用需求，針對應(yīng)用細(xì)分市場，不斷開發(fā)差別化產(chǎn)品以降低成本提高競爭力，如東麗的T720、T830等型號以及2017年推出的Z600型號；干濕法紡絲技術(shù)與大絲束技術(shù)也越來越受到重視，其中50K級別的大絲束高強(qiáng)連續(xù)碳纖維產(chǎn)品已實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。——我國PAN基碳纖維技術(shù)發(fā)展我國PAN基碳纖維研制始于20世紀(jì)60年代中期，經(jīng)歷了長期低水平徘徊、技術(shù)轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展三個階段：20世紀(jì)90年代中國運(yùn)行著3條PAN原絲技術(shù)路線：蘭州化纖廠的硫氰酸鈉一步法、吉林石化的硝酸（HNO3）一步法和陜西榆次化纖廠的二甲基亞砜（DMSO）一步法，但由于原絲核心技術(shù)沒有掌握，DMSO法和硫氰酸鈉法原絲技術(shù)未能實現(xiàn)碳纖維的連續(xù)穩(wěn)定制備，碳纖維的性能水平偏低、質(zhì)量一致性不高，硝酸法原絲技術(shù)成為那個時期軍用國產(chǎn)碳纖維的指定技術(shù)。2000年DMSO原絲工藝實現(xiàn)自主創(chuàng)新，2002年第一條DMSO原絲工程化線建成，國產(chǎn)PAN基碳纖維技術(shù)成功實現(xiàn)了轉(zhuǎn)型升級，國家科技部設(shè)立了“863”計劃，重點支持國產(chǎn)PAN基碳纖維的工程化研究。DMSO和HNO3兩種原絲制備的碳纖維性能比較資料來源：公開資料DMSO法和HNO3法PAN原絲經(jīng)過碳化處理后，DMSO法原絲制得碳纖維在抗拉強(qiáng)度與斷后延伸率方面指標(biāo)明顯好于HNO3法原絲制得的碳纖維。抗拉強(qiáng)度越大，材料在拉力作用下抵抗破壞的能力越大；斷后延伸率主要表征發(fā)生永久變形而不至于斷裂的性能，越大表示纖維柔軟可加工性越好。2005年國家試點推行碳纖維制備與應(yīng)用的“一條龍”管理模式，將需求牽引和服務(wù)應(yīng)用的理念融入到碳纖維制備過程，在中國航天科技集團(tuán)公司703研究所和中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽飛機(jī)設(shè)計研究所（601所）專家團(tuán)隊的強(qiáng)有力推進(jìn)下，國產(chǎn)碳纖維制備與應(yīng)用技術(shù)高效快速發(fā)展，解決了國防重大裝備用國產(chǎn)碳纖維材料的“有無”問題，初步實現(xiàn)了關(guān)鍵材料的自主保障。目前，我國逐步形成了以二甲基亞砜原絲技術(shù)為主體、二甲基乙酰胺和硫氰酸鈉原絲技術(shù)并存的國產(chǎn)高性能碳纖維原絲制備技術(shù)體系，突破了過去30多年來