碳纖維是一種含碳量超過95%的高強(qiáng)高模纖維材料,具有優(yōu)異的力學(xué),化學(xué),電學(xué)等特性,是質(zhì)輕高強(qiáng)材料的代表，是軍民發(fā)展不可或缺的戰(zhàn)略性新材料,價(jià)格非常昂貴,是”新材料之王”,又被稱為”黑色黃金”。目前逐漸受各行各業(yè)的青睞,尤其是航空、汽車、軌道、風(fēng)電葉片等行業(yè)。

　　碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游和下游。上游通常是指生產(chǎn)碳纖維專用的材料；下游通常是指生產(chǎn)碳纖維應(yīng)用部件的產(chǎn)品。介于上下游之間的企業(yè)可以認(rèn)為他們是碳纖維生產(chǎn)工藝中的設(shè)備提供商。

　　碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游屬于石油化工行業(yè)，主要通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈；碳纖維企業(yè)通過對(duì)以丙烯腈為主的原材料進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，對(duì)原絲進(jìn)行預(yù)氧化、碳化等工藝制得碳纖維，通過對(duì)碳纖維和高質(zhì)量樹脂的加工以獲得碳纖維復(fù)合材料以滿足應(yīng)用需求，由于碳纖維生產(chǎn)工藝極其復(fù)雜、不僅要面臨國外設(shè)備禁運(yùn)、價(jià)格打壓，甚至還要面臨著常規(guī)級(jí)碳纖維的斷供。因此國產(chǎn)碳纖維研發(fā)道路非常困難，耗資極其巨大，目前大多由國資背景的企業(yè)承擔(dān)研發(fā)碳纖維的艱巨任務(wù)，如上海石化、吉林碳素等。

　　碳纖維的生產(chǎn)流程主要包括：拉絲、牽伸、穩(wěn)定、碳化、石墨化。

　　拉絲：這是碳纖維生產(chǎn)過程中的第一步，主要把原材料分離成纖，屬于物理變化，在這過程中，紡絲液細(xì)流與凝固液之間的傳質(zhì)、傳熱，最后PAN沉析形成凝膠結(jié)構(gòu)的絲條。

　　牽伸：要求溫度100到300度，結(jié)合定向纖維的拉伸效應(yīng)來操作。也是PAN纖維的高模量、高強(qiáng)化、、致密化和細(xì)化的關(guān)鍵步驟。

　　穩(wěn)定：使用400度加熱氧化的方法使熱塑性PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu)，使其在高溫下不熔不燃，保持纖維形態(tài)，熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

　　碳化：需要在溫度1000到2000度，將PAN中非碳元素去除，最后生成含碳量90%以上的具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。

　　石墨化：需要溫度在2000到3000度，將無定型、亂層結(jié)構(gòu)的碳化材料向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，是提高碳纖維模量的主要技術(shù)措施。

　　碳纖維從原絲生產(chǎn)工藝到制成品的詳細(xì)過程就是由上道原絲生產(chǎn)工藝產(chǎn)出PAN原絲，經(jīng)過送絲架濕熱預(yù)牽伸后，由牽伸機(jī)器依次傳送到預(yù)氧化爐，經(jīng)過數(shù)臺(tái)預(yù)氧化爐群的不同梯度的溫度烤化后，形成氧化纖維即預(yù)氧絲；預(yù)氧絲經(jīng)過中溫、高溫碳化爐后形成碳纖維；碳纖維再經(jīng)過最終的表面處理上漿、干燥等工藝得到碳纖維成品碳絲。全過程連續(xù)走絲，精確控制，任何一道工序出現(xiàn)些許問題都會(huì)影響穩(wěn)定生產(chǎn)和最終碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。碳纖維生產(chǎn)工藝流程長，技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)多，生產(chǎn)壁壘高，是多學(xué)科、多技術(shù)的集成。

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