PAN基碳纖維生產(chǎn)及市場前景分析

顏維東+郭永喜

摘 要：聚丙烯睛（PAN）基碳纖維在實(shí)際中集合了碳材料自身的優(yōu)良電學(xué)、熱學(xué)特征以及力學(xué)性能，同時(shí)在實(shí)際中其也具有纖維紡織的柔軟性以及可加工特征，作為鋼材等金屬材料的有效替代材料以及全新的軍民應(yīng)用的材料，其涉及到飛機(jī)、衛(wèi)星以及運(yùn)載火箭等領(lǐng)域中。對此文章主要對PAN基碳纖維生產(chǎn)及市場前景進(jìn)行了簡單的分析。

關(guān)鍵詞：PAN基碳纖維；生產(chǎn)；市場前景

碳纖維可以通過聚丙烯睛纖維、瀝青纖維、粘膠絲以及酚醛纖維通過碳化的方式獲得，而聚丙烯睛（PAN）基碳纖維的用途范圍最為廣闊、其用量最大，發(fā)展前景較為良好，在今后的市場中有著無與倫比的優(yōu)勢。

一、PAN基碳纖維生產(chǎn)

PAN基碳纖維因?yàn)槠鋸?qiáng)度、剛度以及重量等特征，在實(shí)際中具有耐高溫以及耐腐蝕等特征，對此在實(shí)際生活中應(yīng)用范圍較為廣闊。在現(xiàn)階段的發(fā)展世界范圍中可以進(jìn)行PAN基碳纖維生產(chǎn)廠家的總生產(chǎn)能力雖然較高，但是在實(shí)際生活中世界碳纖維需求每年以13%的速度在迅猛增長，據(jù)預(yù)測，PAN基碳纖維在2018年的全球續(xù)需求量將達(dá)到110kt。碳纖維作為一種關(guān)鍵性材料，是今后國家需求的一種高線技術(shù)欣慰品種，這也是我國新材料行業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。

所謂的碳纖維就是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維，其中其整體含碳量高于99%的可以稱之為石墨纖維。碳纖維有著極強(qiáng)的軸向強(qiáng)度以及模量，其無需蠕變，有著較強(qiáng)的疲勞性以及纖度，其一具有較強(qiáng)的耐高溫、腐蝕、導(dǎo)電以及傳熱等相性能，集多種優(yōu)勢為一身；但是在實(shí)際中也可以發(fā)現(xiàn)其耐沖擊性相對較差，容易出現(xiàn)各種損傷性問題，在一些強(qiáng)酸的影響之下會出現(xiàn)氧化等問題，在與一些金屬復(fù)合的時(shí)候也會出現(xiàn)金屬碳化。滲碳以及電化學(xué)腐蝕等問題，對此在實(shí)際中改變下要對其進(jìn)行表面的處理。通過一些含有碳的有機(jī)纖維，將其與塑料樹脂進(jìn)而融合，然后再放在一些惰性氣體之中，在特定的壓強(qiáng)之下對其進(jìn)行加熱就會碳化相處碳纖維新型纖維材料。這些碳纖維復(fù)合型材料具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度以及抗變形能力，同時(shí)其化學(xué)成分也較為穩(wěn)定，其耐腐蝕性能較高、纖維密度相對較低，有著耐高溫以及低溫能力強(qiáng)等較為顯著的優(yōu)勢。在實(shí)際中碳纖維可以在一些絕熱保溫要求較高的領(lǐng)域中應(yīng)用。

在實(shí)際中，PAN基碳纖維的制造主要可以分為兩個(gè)步驟開展，首先就是通過丙烯睛（AN）單體進(jìn)行PAN原絲的制造，其次主要工作流程與紡織中的PAN纖維生產(chǎn)模式較為相似；然后就是對PAN原絲進(jìn)行預(yù)氧化以及碳化處理，預(yù)氧化處理的主要目的就是通過PAN自身的線性分子鏈，將其轉(zhuǎn)換為一種具有耐熱特征的梯形結(jié)構(gòu)，讓其可以在高溫碳化過程中不容不燃，進(jìn)而保持一個(gè)較為穩(wěn)定的纖維狀態(tài)。其碳化過程是整個(gè)碳纖維形成的重要流程，在實(shí)際中可以有效的去除纖維中含有的氧元素、氮元素以及相關(guān)元素，然后在對其進(jìn)行表面處理，通過干燥上漿方式就可以獲得具有一定金屬光澤的PAN基碳纖維產(chǎn)品。可以說PAN原絲的制備在碳纖維中的作用較大，基于紡絲模式的不同可以將其分為濕法、干法、干濕法以及熔融法等相關(guān)模式，在實(shí)際中主要通過NaSCN，ZnCl2、HN03，DMF等試劑作為其主要的紡絲溶劑，其中通過DMSO作為主要溶劑的制造工藝在實(shí)際中技術(shù)相對較為成熟、其產(chǎn)品質(zhì)量相對較為穩(wěn)定、整個(gè)原料以及能源消耗相對較低，在實(shí)際中的污染物排放相對較少，有著較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益，可以說是今后PAN原絲生產(chǎn)的主要加工模式。

二、PAN基碳纖維生產(chǎn)及市場前景分析

碳纖維在實(shí)際生活中有著較為廣闊的發(fā)展前景，涉及軍事、航天、汽車、新能源發(fā)電、建筑等眾多領(lǐng)域之中，通過對市場分析可以了解，每年碳纖維的需求仍然在持續(xù)增長，雖然在整體上來說，我國的碳纖維生產(chǎn)發(fā)展模式較為緩慢，其逐年增加，市場的需求較為旺盛，在整體上來說我國的體育、休閑、壓力容器等相關(guān)領(lǐng)域中對碳纖維的實(shí)際需求有所增長，航天等相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ谔祭w維則更為迫切。而我國正處于經(jīng)濟(jì)的高速增長時(shí)期，在西部大開發(fā)、中部發(fā)展以及東北振興等相關(guān)戰(zhàn)略方針的深入以來，碳纖維在眾多行業(yè)中有著較為廣泛的應(yīng)用。而汽車行業(yè)的發(fā)展也有效的拓展了碳纖維的應(yīng)用范圍，對此在今后的發(fā)展中碳纖維的發(fā)展前景較為廣闊。而全球范圍內(nèi)的碳纖維的需求的持續(xù)性增長也給我國的碳纖維發(fā)展提供了一定的契機(jī)。

碳纖維在實(shí)際生活中可以加工成各種紡織物、紙張以及一些席等材料。高性能的碳纖維在實(shí)際生活中可以制作各種符合材料，在國防軍工以及國民經(jīng)濟(jì)中有著重要的應(yīng)用，其有著較為廣泛的發(fā)展前景，對此在實(shí)際中必須要對其進(jìn)行系統(tǒng)探究，只有這樣才可以為我國的碳纖維發(fā)展提供支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬祥林.2018年P(guān)AN基碳纖維全球需求量將達(dá)110kt[J].合成纖維工業(yè)，2012，35（03）：13.

[2]汪家銘.聚丙烯腈（PAN）基碳纖維發(fā)展與應(yīng)用[J].合成技術(shù)及應(yīng)用，2009，24（02）：26-30.

[3]劉世昌，曲文娟.聚丙烯腈原絲離線循環(huán)水洗工藝[J].化工新型材料，2009，37（01）：34-35.endprint