國內(nèi)、國外及臺(tái)灣碳纖維發(fā)展?fàn)顩r

1 我國碳纖維發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)70年代末至80年代初，我國上海、吉林、遼源、蘭州、太原等聚丙烯腈(PAN)基碳纖維(CF)研制單位，先后完成了碳纖維的小試研究，建成了大同小異的碳纖維中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品性能達(dá)到中強(qiáng)水平(抗張強(qiáng)度>1764N／mm2，模量>20N／mm2)。在20世紀(jì)90年代初期經(jīng)過近10年的努力，能夠生產(chǎn)高強(qiáng)l型(抗張強(qiáng)度>2450N／mm2，模量>24N／mm2)，高強(qiáng)Ⅱ型(抗張強(qiáng)度>2940N／mm2，模量>20N／mm2)。個(gè)別廠還能生產(chǎn)石墨纖維(抗張強(qiáng)度>1960N／mm2，模量>30N／mm2)。

由于長期來我國碳纖維均為軍工及尖端技術(shù)服務(wù)，研制單位有限，只是小批量生產(chǎn)，其單位不會(huì)走出去推廣應(yīng)用，同時(shí)碳纖維的售價(jià)又很高，從而阻礙了碳纖維在人們生活中的普及。我國碳纖維的工業(yè)化初具規(guī)模是在1985年，由國家科委出面，吉化公司從英國RK公司引進(jìn)了一條年生產(chǎn)能力100t的碳纖維生產(chǎn)裝置，并并工投產(chǎn)。但仍然不能滿足需求，發(fā)展緩慢。

雖然我國研制碳纖維已有30余年的歷史，僅初步建立起工業(yè)雛形，生產(chǎn)的碳纖維質(zhì)量至今仍處于低水平，關(guān)鍵問題是PAN
原絲質(zhì)量未過關(guān)。因?yàn)橛糜谥苽涮祭w維的PAN原絲要求高，應(yīng)具備以下幾點(diǎn)要求：a)結(jié)構(gòu)均勻致密，纖維內(nèi)、外部的缺陷少；b)金屬等雜質(zhì)含量低，溶劑殘留量低；c)纖維的超分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，取向度高，結(jié)晶度高；d)纖維的物理機(jī)械性能優(yōu)異；e)纖維纖度小，直徑不勻率低；f)纖維的油劑或表面處理劑有利于原絲的預(yù)氧化和碳化等。而國內(nèi)原絲主要表現(xiàn)在，金屬及機(jī)械雜質(zhì)含量高、質(zhì)量穩(wěn)定性差、變異系數(shù)大、毛絲多、分散性差、易粘結(jié)、表面處理不配套、可用性差等，國內(nèi)原絲質(zhì)量不過關(guān)，使碳纖維的生產(chǎn)發(fā)展一直受阻。雖然國內(nèi)一些著名的科研機(jī)構(gòu)如中科院山西煤化研究所、上海合成纖維研究所、北京航天材料及工藝研究所、中國紡大(東華大學(xué))化纖研究所等在此領(lǐng)域的研究從未中斷，不少試驗(yàn)研究的結(jié)論也與國外公開發(fā)表的論文總體上一致，但多數(shù)都是對(duì)其性能研究的較多，而原絲的質(zhì)量仍是問題，由此可見我國要加強(qiáng)對(duì)高性能碳纖維原絲的研究。 123456

2 中國臺(tái)灣碳纖維發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)90年代，對(duì)于亞洲地區(qū)而言，除日本外，我國臺(tái)灣省是碳纖維及其復(fù)合材料的重要生產(chǎn)和使用地區(qū)。臺(tái)灣有關(guān)碳纖維的發(fā)展最早始于20世紀(jì)70年代初期，逢甲大學(xué)開始碳纖維的研究。在20世紀(jì)80年代初期，Kwang—Nan公司生產(chǎn)制造體育用品，如網(wǎng)球拍、釣魚竿、滑雪橇和自行車部件，因此臺(tái)灣具有“碳纖維(CP)運(yùn)動(dòng)器材王國”之稱。但臺(tái)灣沒有生產(chǎn)碳纖維的能力，直至20世紀(jì)80年代末期才擁有從聚丙烯腈的聚合和紡絲到碳纖維的制備這項(xiàng)技術(shù)，有能力向當(dāng)?shù)厥袌龉?yīng)碳纖維。也就是說碳纖維自給率越來越大。如臺(tái)灣塑膠公司已經(jīng)可提供碳纖維粗紗和碳纖維預(yù)制片的產(chǎn)品，供應(yīng)給球拍制造廠商和高爾夫俱樂部，并提高用于航天工業(yè)的碳纖維的模量。
隨著社會(huì)的進(jìn)步與科技的發(fā)展，一直從事碳纖維研究的逢甲大學(xué)，于2003年由柯澤豪教授研發(fā)出殺菌效果特高的活性碳纖維，殺菌率在99.99％以上。 123,123

3 國外的碳纖維發(fā)展?fàn)顩r
日本是PAN基碳纖維的發(fā)源地，是碳纖維生產(chǎn)和應(yīng)用大國。在20世紀(jì)60年代初，伴隨著碳纖維問世的同時(shí)，
日本的碳素公司就實(shí)現(xiàn)了通用型PAN基碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。因?yàn)槠淦鸩捷^早，加上研究的又較深人，因此碳纖維的技術(shù)一直遙遙領(lǐng)先。在20世紀(jì)90年代初期開始對(duì)超高強(qiáng)度碳纖維、中空碳纖維、氣相生長線型和卷繞纖維及一種用于電池中的高電導(dǎo)碳纖維等新型碳纖維進(jìn)行研究?，F(xiàn)已制得強(qiáng)度達(dá)3820MPa，彈性模量230GPa的超高強(qiáng)度碳纖維；尺寸為l～3nm，直徑3～12nm的中空碳纖維，并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；由東麗公司生產(chǎn)制得的碳纖維織物，其單位質(zhì)量為l12g／m2，
在碳化工序中，經(jīng)向和緯向的收縮率都為16％，即具有良好尺寸穩(wěn)定性可用于生產(chǎn)高電導(dǎo)率織物的碳纖維；東邦公司制成了低微毛碳纖維短絲網(wǎng)及其PAN基(非織造布)原絲和制備，該原絲滿足氧鍵含量10％～17％，纖維長度25～65mm，厚度0.2～4.0mm，織物的單位質(zhì)量為50～420g／m2，磷含量3×10-7-2.5×10-6，微毛≤1.0mg／g，采用滲碳XRD測定結(jié)晶尺寸為1.3～3.5mm。該碳纖維網(wǎng)一般用于隔熱體、隔地和絕緣體上。

日本的碳纖維發(fā)展一直處在世界的前沿，不僅在物理、化學(xué)性能方面有所突破，它們的聚丙烯腈基碳纖維的產(chǎn)量位居世界第一，其相關(guān)產(chǎn)品幾乎壟斷了世界市場。日本碳纖維工業(yè)發(fā)展之所以引人注目，不僅表現(xiàn)在碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方面，而且也表現(xiàn)在有許多出版物、專利和碳纖維新產(chǎn)品不斷問世等方面。另一方面，日本的東麗、東邦、三菱等公司的激烈競爭也促進(jìn)了日本碳纖維的進(jìn)一步發(fā)展。

有關(guān)碳纖維的專利除了日本最多外，其次就是英國，可見英國的聚丙烯腈基碳纖維的發(fā)展也是很快的。如克萊門森大學(xué)和弗吉尼亞聚合工藝研究所組成的合資公司研究出了一種低成本制造碳纖維原絲的方法，即用紫外固化制得低成本聚丙烯腈原絲(此法可以不使用溶劑，且適用于碳纖維制造。在聚丙烯纖維中添加光交聯(lián)組分，可減少紫外固化的時(shí)間)。此外用一種多壁(multi-wal1)碳納米管／聚丙烯腈(MWNT／PAN)的納米復(fù)合材料，經(jīng)靜電紡絲成纖維，纖維在200。C的空氣中氧化，在1400。C碳化，制得靜電紡絲聚丙烯腈和多壁碳納米管復(fù)合材料制得的新一代碳纖維。

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美國在聚丙烯腈基碳纖維的性能研究較多，注重其實(shí)用性，如碳纖維經(jīng)DMF液處理后，其抗張強(qiáng)度有所提高，削弱了纖維的直徑，降低了表面缺陷，極大地?cái)U(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。聚丙烯腈三元共聚物經(jīng)紡絲生成的前驅(qū)體通過紫外照射，易于碳化且穩(wěn)定，大大降低了聚丙烯腈基碳纖維的生成成本，很有進(jìn)一步推廣的價(jià)值。

其它各國如韓國、法國、印度、澳大利亞等國也在不斷地進(jìn)行聚丙烯腈基碳纖維的研究，無論是為了國防等尖端技術(shù)還是為了民用，都是極具開發(fā)價(jià)值的，其市場也是可觀的 內(nèi)容來自123456