聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料

1、聚丙烯腈基（PAN）碳纤维复合材料09应用化学姓名：苏晨曦学号：2009063530碳纤维复合材料 碳纤维是一种以聚丙烯腈（PAN）、沥青、粘胶纤维等人造纤维或合成纤维为原料，经预氧化、碳化、石墨化等过程制得含碳量达90%以上的无机纤维材料。聚丙烯腈基（PAN）1 沥青基2 粘胶基3用途单一，产量单一综合性能好，便于大规模生产，占碳纤维总产量75%以上目前可制造出的碳纤维拉伸强度在3500Mpa以上，是钢的79倍。抗拉伸模量在2300043000Mpa亦远高于钢。它的比重不到钢的1/4，世界主流公司生产的PAN基碳纤维密度在1.751.93g/cm3之间。zzzzzzzzz碳纤维复合材料的性能

2、强度高密度低其他性能耐高温（2000以上），低热膨胀系数，比热容小，出色的抗热冲击性，优秀的抗腐蚀和抗辐射性能。聚丙烯腈基碳纤维的制造PAN选用的原因：1、PAN结构式迄今发展高性能碳纤维最受人瞩目先驱体2、选用PAN原因a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向；b、碳化收率（10001500）为50%55%;c、在脱除碳以外的杂原子时其骨架结构很少破坏;d、在180附近存在塑性，便于纺丝后的改性处理和经受高温碳化处理。I600pmIPAN链的无规则螺旋结构PAN纤维预氧化碳化石墨化PAN基碳纤维聚丙烯腈基碳纤维的制备聚丙烯腈基碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均

3、聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈为原料。对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。聚丙烯腈基碳纤维的结构 PAN基碳纤维基碳纤维基碳纤维基碳纤维的结构 ：聚丙烯腈基碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要做复合材料的增强体。碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构，通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。碳纤维各层面间的间距约为，各平行层面间的各

4、个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。PAN碳纤维原丝微观图【1】PAN碳纤维原丝截面图【2】PAN纤维截面SEM照【3】PAN碳纤维表面结构PAN碳纤维复合材料的应用1.航空航天：航天飞机、运载火箭、导弹卫星、民用商业飞机2.体育休闲：球杆球拍、箭弓、鱼竿、自行车3.能源和工业：风力发电机叶片，太阳能基板、高档汽车、建筑板材、装备制造 航空航天长征6号运载火箭欧洲空客A380美国航天飞机体育休闲高尔夫球杆捷安特XTC-ADV-SL钓鱼竿网球拍 能源和工业海洋风力发电太阳能电池板F1方程式赛车宝马碳纤维改装车 全球PAN碳纤维产业发展情况 Toray Toho Hex

5、cel台塑集团 SGL Aksa Cytec Mitsubishi Electric Zoltek Aldila世界PAN碳纤维主要生产企业设计产能（吨）20092010201120122013 小丝束 1K/3K/6K/12K/24K东丽集团1760017600176001890020800东邦特耐克丝公司1350013500135001350013500三菱人造丝公司 7400 7400 7400 7400 7400台塑集团 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产能合计5215057650601006780071000产量系数0.73650540335601006780071000全球主要企业PAN碳纤维产能设计产能（吨）20092010201120122013 大丝束24K/48K/50K/60K/80K/320K及以上卓尔泰克集团1300013000130001300013000德国SGL集团60006000600075009000三菱人造丝公司700700270027002700东丽集团300300300300300产

7、能合计2000020000220002350025000产量系数0.71800018000198002115022500我国碳纤维产业发展情况 我国对碳纤维的研究起步较早，始于20世纪60年代，国家863计划、973计划等均对碳纤维研制进行了支持，但进展较缓慢，产品严重依赖进口。 2000年以来，在以师昌绪院士为首的一批材料界前辈的大力推动下，我国碳纤维研发取得了长足的进步。在国内科研院所和以中国航天四院为代表的一大批企业的参与下，完成了高强中模碳纤维和基本型高模高强纤维制备技术的攻关，今后的研发重点将围绕超高强中模和更高性能的高模高强碳纤维制备技术展开。 截止2011年底，中国大陆具备500

8、t产能以上规模、具有原丝和碳纤维制备的企业共有7家，其中有4家企业建起千吨以上产能规模。2009年，中钢集团在吉林市成立江城碳纤维，投资新建2000吨碳纤维生产线及制品加工线；2009年，总投资达30亿元的碳纤维项目正式落户康平县，计划5年内建成年产万吨聚丙烯腈碳纤维原丝项目、年产5000吨PAN碳纤维项目、年产360万m2预浸料生产基地。投资亿元的碳纤维项目一期土建工程已基本完成，2011年初开始试生产。2009年，石油吉林石化公司和吉林化纤集团分别启动1000吨、5000吨规模的碳纤维原丝生产项目。2010年3月份，总投资51亿元的碳纤维复合材料产业化项目在三河市燕郊开发区开工建设，建成后

9、年产碳纤维原丝1万吨、碳纤维复合材料3000吨。 2007年8月成立江苏恒神纤维材料，已投入18亿元，现有年产聚丙烯腈碳纤维3000吨、碳纤维织物1000万m2 、碳纤维预浸料100万m2和各种复合材料制品的生产能力，预计到“十二五”末期总投资将达50亿元。2010年，中复神鹰碳纤维公司通过碳纤维及关键设备研发项目的国家级鉴定，标志着我国成功实现碳纤维国产化和产业化，建成国内首台套规模最大、技术成熟的千吨级生产线。国内碳纤维研究学术机构及个人1、杨玉良，科技部“973”计划“高性能碳纤维相关重大问题的基础研究”项目首席科学家，中国科学院院士，复旦大学校长2、徐樑华，国家碳纤维工程技术研究中心主任，北京化工大学材料科学与工程学院副院长2、余木火，东华大学纤维材料改性国家重点实验室常务副主任，东华大学研究院副院长杨玉良院士 碳纤维因品种和质量的不同，价格从100 多