碳纤维的性能、应用及相关标准.doc
11页1、聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能、应用及相关标准http:/ 2010年6月15日10:42 中国纤检 摘要:聚丙烯腈基碳纤维是一种力学性能优异的新材料,在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。本文简要介绍了国内外PAN基碳纤维的发展历程和现状,PAN基碳纤维的制备、结构及性能及碳纤维的应用领域,详细介绍了PAN基碳纤维相关标准及检测,并对未来发展进行了展望。关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它不仅具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上,是钢的79倍,抗拉弹性模量为23000Mpa43000Mpa亦高于钢。材料的比强度愈高,则构件自重愈小,比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料,经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能,是航
2、空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料,同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好,因而发展很快,产量占到90以上,成为最主要的品种。1 国内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状1.1国外发展现状1959年,媒体报道的日本的进藤昭南由聚丙烯腈长丝经预氧化、碳化而制成性能优良的碳纤维工艺专利,由于该工艺简单,产品力学性能优良,因此发展较快,开创了碳纤维的新时代。世界上聚丙烯腈基碳纤维的生产,现在已分化为以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束两大类。日本和美国所产的碳纤维约占全球总供应量的80%1。日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司(东丽Toray、东邦Toho及三菱人造丝公司Mitsubishi)依靠其先进纺丝科学技术,形成高性能原丝生产的优势,大量生产高性能碳纤维,使日本成为碳纤维大国,无论质量还是数量上均处于世界前三位,占据了世界78%左右的产量。日本Toray公司是世界上最大的PAN基碳纤维厂商,2003年生产能力为7350t/a,其中在日本国内生产能力4700t/a,在美国拥有产能1800t/a,另外在法国与
3、Atofia合资的Soficar产能为850t/a。公司以生产小丝束PAN基碳纤维为主,在日本国内大丝束PAN基碳纤维的产能仅为300t/a。东邦人造丝是第二大碳纤维生产商,其碳纤维的生产能力为5800t/a,全是小丝束品种。三菱人造丝在日本国内产能为2700t/a,在海外美国Grafil的产能为700t/a,2001年三菱人造丝率先将设备投资增加27.5%,达到190亿元,将本国的产能提高500t/a,再将美国子公司Grafil的产能增加800t/a,这样两地的总产能达到4700t/a。世界主要PAN基碳纤维生产企业的产能见表12。表1 世界主要PAN基碳纤维生产企业的产能 t产地类型20042005200620072008Toray小丝束91009100109001390017500大丝束300300300300300Toho Tenax小丝束560063007800780010500大丝束35001300130013001300MRC小丝束4700520057007800810079008100Hexcel小丝束20002000230028003300Cytee小丝束180018
4、00180018003800中国台湾台塑小丝束185018501850295029500Zoltek大丝束2300330065001110011100SGL大丝束19001900190019001900Technology大丝束10001000100010001000小计小丝束2505026250303503715045900大丝束90007800110001560015600总计3405034050413505257061500增长百分数021.40%27%16.60%国外PAN基碳纤维的主要消费地是美国、西欧地区和日本。2002年上述国家和地区共消费PAN基碳纤维约12000t,其中美国消费量4600t,西欧地区消费量为5200t(一般工业应用2800t,航空航天1710t,体育器材690t)日本消费量约2200t。在20062011年,世界的碳纤维平均年需求增长率约为11.7,高于平均年增长率的是西欧及亚洲的一些国家,世界碳纤维消费量见表23。表2 世界碳纤维消费量 kt国家及地区2002年2006年2011年2006-2011年平均增长率/%美国5.67010.93918.27
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