1、聚丙烯腈（PAN）碳纖維黃洛瑋摘要：聚丙烯晴基碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有高強(qiáng)度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、減震等優(yōu)異性能，是航空航天、國防軍事工業(yè)不可缺少的工程材料，同時(shí)在體育用品、交通運(yùn)輸、醫(yī)療器械和土木建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹了其結(jié)構(gòu)，制備方法，性能，應(yīng)用領(lǐng)域及其前景。關(guān)鍵詞：PAN基碳纖維 碳纖維結(jié)構(gòu) PAN基碳纖維制備 PAN基碳纖維性能 PAN基碳纖維應(yīng)用前景1.概述碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它不僅具有碳材料的固有特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。聚丙烯碳纖維是一種以聚丙烯腈(PAN)、瀝

2、青、粘膠纖維等為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化工藝而制得的含碳量大于90的特種纖維。碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、減震等優(yōu)異性能，是航空航天、國防軍事工業(yè)不可缺少的工程材料，同時(shí)在體育用品、交通運(yùn)輸、醫(yī)療器械和土木建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品綜合性能好，因而發(fā)展很快，產(chǎn)量占到90以上，成為最主要的品種。2.PAN碳纖維結(jié)構(gòu)碳纖維屬于聚合的碳，它是由有機(jī)物經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為三維碳化合物，碳化歷程不同，形成的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)也不同。碳纖維和石墨纖維在強(qiáng)度和彈性模量上有很大差別，這主要是由于其結(jié)構(gòu)不同，碳纖維是由小的亂層石墨晶

3、體所組成的多晶體，含碳量約75%95%；石墨纖維的結(jié)構(gòu)與石墨相似，含碳量可達(dá)98%99%，雜志少。碳纖維的含碳量與制造纖維過程中碳化和石墨化過程有關(guān)。PAN選用的原因：1、PAN結(jié)構(gòu)式:這是迄今發(fā)展高性能碳纖維最受人矚目先驅(qū)體2、選用PAN原因：a、PAN纖維分子易于沿纖維軸取向；b、碳化收率（10001500）為50%55%;c、在脫除碳以外的雜原子時(shí)其骨架結(jié)構(gòu)很少破壞;d、在180附近存在塑性，便于紡絲后的改性處理和經(jīng)受高溫碳化處理。PAN碳纖維原絲微觀圖：【1】PAN碳纖維原絲截面圖 【2】PAN纖維截面SEM照 【3】PAN碳纖維表面結(jié)構(gòu)3.聚丙烯腈碳纖維的制備 1975年，F(xiàn)itze

4、r等人進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)，用穩(wěn)定與差分熱分析（DTA）和空氣/氮?dú)猸h(huán)境的控制。他們的研究結(jié)果表明，脫氫反應(yīng)可以之前或之后發(fā)生環(huán)化反應(yīng)。但是，即使在剛剛提到的研究結(jié)果，脫氫是在一個(gè)相對緩慢的過程穩(wěn)定，并且它傾向于發(fā)生在已環(huán)化鏈條。通過研究比較DSC和FTIR的結(jié)果，劉等人發(fā)現(xiàn)，發(fā)生脫氫接近同時(shí)與氧化55。在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的活化能和各個(gè)反應(yīng)的頻率因子，纖維被穩(wěn)定化，在惰性大氣，其中獨(dú)立地將發(fā)生環(huán)化反應(yīng)相對短暫而劇烈的方式。這些環(huán)化纖維恢復(fù)穩(wěn)定，在空氣它被發(fā)現(xiàn)的氧化和脫氫要求顯著低活化能并且將發(fā)生在一段更廣泛的長度相對于反應(yīng)環(huán)化。這些結(jié)果表明（至少為9.5-11微米直徑的 均聚物聚丙烯腈原絲用）的脫

5、氫是限制因素，當(dāng)試圖充分穩(wěn)定纖維的結(jié)構(gòu)。環(huán)化作用是穩(wěn)定期間的最重要的反應(yīng)。它發(fā)生時(shí)，腈鍵（CN）反應(yīng)形成雙鍵，和稠合的吡啶形成環(huán)鏈結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者腈鍵更熱穩(wěn)定的。不同于脫氫環(huán)化反應(yīng)不需要氧的存在下發(fā)生，因此它可以發(fā)生在惰性氣氛中。此特征被廣泛地用于分離環(huán)化從熱分析的其他穩(wěn)定的反應(yīng)。此外，這是的結(jié)果環(huán)化反應(yīng)是一種能量依賴的反應(yīng)，而不是質(zhì)量依賴性;因此，反應(yīng)是在受控溫度和時(shí)間參數(shù)，以確保能量（熱）擴(kuò)散到聚合物中。的PAN系前體的分子結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗?jīng)歷了 上述反應(yīng)可以在下面進(jìn)行總結(jié)。環(huán)化就是穩(wěn)定的纖維從白色變色發(fā)黃的原因褐色至黑色57-59。一個(gè)舊的和快速的測試，看看是否纖維已經(jīng)徹底穩(wěn)定是

6、把他們下一個(gè)火焰。如果他們發(fā)光，不燒，那是指示該纖維已通過環(huán)化了。環(huán)化反應(yīng)的啟動(dòng)已被鏈接到幾個(gè)來源。它可以在啟動(dòng)雜質(zhì)在聚合物中，例如催化劑的片段，殘留的聚合產(chǎn)物，或抑制劑。它也可以在鏈端基，隨機(jī)啟動(dòng)氫原子的腈，或者將腈轉(zhuǎn)化到axomethine弗里德蘭德認(rèn)為環(huán)化反應(yīng)被啟動(dòng)由酮，腈的存在下通過 聚合中水解，并皮布爾斯等人提出的，這可能是因?yàn)?腈的聚合反應(yīng)過程中水解成酸而導(dǎo)致的。環(huán)化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，它有損傷纖維。該纖維可收縮過度，失去了顯著質(zhì)量，并甚至熔化和熔合在一起。相反，如果穩(wěn)定化過程太 保守和纖維僅部分穩(wěn)定化，穩(wěn)定化部將揮發(fā)碳化和石墨化過程中，顯著削弱了最終產(chǎn)品。聚丙烯腈（PAN）在1961

7、年通過Shindoin首次被認(rèn)定作為碳纖維合適的先驅(qū)體。他現(xiàn)在是碳纖維最總要的開始材料。丙烯腈的聚合反應(yīng)是至關(guān)重要的，特別是因?yàn)樵贑F制作另外的步驟如紡絲，穩(wěn)定化，碳化和前驅(qū)體體的纖維，以及由此產(chǎn)生的CF特性強(qiáng)烈地依賴于所用的前體聚合物的特性。丙烯腈（AN）可以聚合本體聚合，懸浮液聚合，溶液聚合，并在乳液通過將自由自由基，離子或原子轉(zhuǎn)移自由基聚合。溶液聚合和懸浮聚合是目前使用最廣泛的PAN類共聚物的生產(chǎn)CF的，但是，對于連續(xù)處理，AN和相關(guān)單體的溶液聚合是可能更令人滿意。溶液聚合的溶劑，如二甲基乙酰胺酰胺（DMAc），二甲基甲酰胺（DMF），二甲亞砜（DMSO），水和硫氰酸鈉溶液由于共聚物具有

8、較高的分子量，聚合反應(yīng)通常是在在低濃度溶液中進(jìn)行。兩個(gè)重要的限制這種聚合過程中的應(yīng)用。單體的聚合轉(zhuǎn)化達(dá)50-70，因此，所得到的溶液后，才從紡絲液的剩余的丙烯腈完全恢復(fù)可被處理。通常情況下，紡絲液仍含有0.2 -0.3重量的這種單體。通常情況下，用于CF的制備丙烯腈系共聚物的分子量在70000-gmol1，多分散性指數(shù)（PDI）1.5、。用紡織品PAN與超過一個(gè)特定的共聚單體含量得到的CF的機(jī)械性能5（摩爾）由非優(yōu)化化學(xué)限定。聚丙烯腈 - 基前體纖維在溫度為200和3008C處理在氧化氣氛中。一般地，均聚物，聚丙烯腈的過程中該熱處理中發(fā)生的氧化反應(yīng)是非常困難的control.The的熱量快速演

9、變，因?yàn)槭橇蚧颰OF氧化步驟的高度放熱的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，可能導(dǎo)致內(nèi)部的纖維和表面上的缺陷長絲，特別是在較大的纖維絲束。但是，放熱反應(yīng)可以通過共聚單體的存在對氧化反應(yīng)過程中的顯著作用的特定組合物的影響。存在于該共聚物中的官能團(tuán)可引起副反應(yīng)，這取決于共聚單體的性質(zhì)，共聚單體含量，共聚單體分布，該前體纖維的超分子結(jié)構(gòu)，副產(chǎn)物，并且在化學(xué)化合物的任何痕跡，其可以既聚合和紡絲，并在熱處理過程中已被引入?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中使用方法：聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料制成的碳纖維，主要作復(fù)合材料用增強(qiáng)體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能制備出碳纖維。為了制造出高性能碳纖維并提高生產(chǎn)率，工業(yè)上常采用共聚聚丙烯腈纖

10、維為原料。對原料的要求是：雜質(zhì)、缺陷少；細(xì)度均勻，并越細(xì)越好；強(qiáng)度高，毛絲少；纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好，通常大于80%；熱轉(zhuǎn)化性能好。生產(chǎn)中制取聚丙烯腈纖維的過程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂(分子量高于 68萬)，然后樹脂經(jīng)溶劑(硫氰酸鈉、二甲基亞礬、硝酸和氯化鋅等)溶解，形成粘度適宜的紡絲液，經(jīng)濕法、干法或干-濕法進(jìn)行紡絲，再經(jīng)水洗、牽伸、干燥和熱定型即制成聚丙烯腈纖維。若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化，不能保持其原來的纖維狀態(tài)。因此，制備碳纖維時(shí)，首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，即預(yù)氧化

11、處理。預(yù)氧化處理是纖維碳化的預(yù)備階段。一般將纖維在空氣下加熱至約270，保溫0.5h3h，聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色，最后形成黑色的預(yù)氧化纖維。這是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化后，發(fā)生氧化、熱解、交聯(lián)、環(huán)化等一系列化學(xué)反應(yīng)形成耐熱梯型高分子的結(jié)果。再將預(yù)氧化纖維在氮?dú)庵羞M(jìn)行高溫處理(l 600)，即碳化處理，則纖維進(jìn)一步產(chǎn)生交聯(lián)環(huán)化、芳構(gòu)化及縮聚等反應(yīng)，并脫除氫、氮、氧原子，最后形成二維碳環(huán)平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和層片粗糙平行的亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。由PAN原絲制備碳纖維的工藝流程如下：PAN原絲預(yù)氧化碳化石墨化表面處理卷取碳纖維。單體引發(fā)劑聚合紡絲原絲預(yù)氧化預(yù)氧絲炭化石墨化表面處理上漿碳

12、纖維石墨纖維從原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纖維的制備過程中可以看出四個(gè)關(guān)鍵步驟：PAN的聚合，原絲的制備，原絲的預(yù)氧化以及預(yù)氧化絲的炭化和石墨化。PAN的聚合由于PAN分子結(jié)構(gòu)的特性，純聚體PAN不適宜作為碳纖維前驅(qū)體。工業(yè)生產(chǎn)中，往往采用共聚PAN來制備PAN原絲。引入共聚單體可以起到如下作用：減少聚合物原液中凝膠的產(chǎn)生；增加聚合物的溶解性和可紡性；降低原絲環(huán)化溫度及變寬放熱峰。但也可能帶來一些負(fù)作用：降低原絲的結(jié)構(gòu)規(guī)整性和結(jié)晶度；增加大分子鏈結(jié)構(gòu)的不均勻性；引入更多的無機(jī)和有機(jī)雜質(zhì)等。原絲的制備PAN在熔點(diǎn)（317C）以下就開始分解，因此形成纖維主要通過濕法或干濕法進(jìn)行紡絲。干濕法紡絲由于將擠

13、出膨化與表皮凝固進(jìn)行了隔離，纖維的成形機(jī)理有所改變，因此濕法紡絲凝固過程中皮層破裂或徑向大孔及表皮褶皺等現(xiàn)象基本消失，干濕法紡絲的原絲表面及內(nèi)部的缺陷減少、致密性提高。干濕法紡絲還具有高倍的噴絲頭拉伸（310mm的空氣層是有效拉伸區(qū)），紡絲速度高（為濕法紡絲的510倍），容易得到高強(qiáng)度、高取向度的纖維等特點(diǎn)，從而保證了碳纖維有足夠的強(qiáng)度，是當(dāng)前碳纖維原絲生產(chǎn)的發(fā)展方向。原絲的預(yù)氧化預(yù)氧化過程中原絲的顏色由白色向黃、棕、黑過渡，主要發(fā)生的反應(yīng)為脫氫、環(huán)化及氧化反應(yīng)，其中環(huán)化反應(yīng)是預(yù)氧化過程中最關(guān)鍵的一步。環(huán)化反應(yīng)：PAN熱處理時(shí)，分子間相鄰氰基的加成反應(yīng)，形成穩(wěn)定性較高的梯形結(jié)構(gòu)。脫氫反應(yīng)：為環(huán)

14、化的聚合物或環(huán)化的雜環(huán)均可由于氧的作用發(fā)生脫氫反應(yīng)，產(chǎn)生大量的水。脫氫反應(yīng)是預(yù)氧化過程中主要反應(yīng)之一，其結(jié)果導(dǎo)致主鏈上雙鍵的形成，賦予主鏈更高的穩(wěn)定性，使預(yù)氧化絲具有耐燃性。氧化反應(yīng)：預(yù)氧化開始時(shí)，氧化脫氫為氧化反應(yīng)的主要部分。除此之外，氧同時(shí)還直接與預(yù)氧化絲結(jié)合，主要生成羥基、羰基、羧基等。若PAN原纖被充分預(yù)氧化，在預(yù)氧化絲中的含氧量甚至課高達(dá)16%23%。影響PAN原絲預(yù)氧化的因素只要有：纖維的張力，熱處理溫度和介質(zhì)的影響。預(yù)氧化絲的碳化及石墨化為避免高溫下碳的氧化，碳化必須在惰性氣氛的保護(hù)下進(jìn)行。通常采用N2、Ar2或其他非氧化性介質(zhì)如HCl等氣體。碳化是纖維仍會(huì)發(fā)生物理收縮和化學(xué)收縮

15、，因此要對纖維施加張力進(jìn)行拉伸以得到優(yōu)質(zhì)碳纖維。碳化階段以多段式的升溫速率進(jìn)行。低于600C的溫區(qū)，需低升溫速率，升溫速率需嚴(yán)格控制在小于5/min的范圍內(nèi)。因?yàn)檫@一溫區(qū)包含大部分的化學(xué)反應(yīng)及揮發(fā)性物質(zhì)的逸出，提高升溫速率的話，纖維表面會(huì)形成氣孔或不規(guī)則的形態(tài)。600以上的溫區(qū)，可以以較快的升溫速率進(jìn)行，此加熱段仍有揮發(fā)性產(chǎn)物的逸出，同時(shí)形成分子鏈聚合物之間的交聯(lián)。經(jīng)600左右的低溫碳化處理后，碳纖維的強(qiáng)度為1.52.0GPa，模量約120GPa。從900升溫到1350，可制取強(qiáng)度為34GPa，模量約220GPa的碳纖維；升溫到1500，可制取強(qiáng)度為45GPa,模量約240GPa的碳纖維；升溫

16、到1800，可制取強(qiáng)度為4GPa，模量約280GPa的碳纖維。為了得到更高模量的碳纖維，將碳纖維放入25003000的高溫下進(jìn)行石墨化處理，可以得到碳含量在99%以上的碳纖維。由此可見，通過不同的熱處理工藝，可以獲得高強(qiáng)型、高模型或強(qiáng)度與模量相匹配的碳纖維。4.PAN碳纖維的國際形勢聚丙烯腈纖維被確立為在市售的碳纖維的生產(chǎn)使用的主要前體。最聚丙烯腈纖維，最終走了復(fù)合材料領(lǐng)域，在軍事和空間應(yīng)用最初拿來用，其高端的性能已經(jīng)非常適用于膨脹到汽車和商用航空工業(yè)。從2005年的每年磅于1989年近每年，PAN基碳纖維的產(chǎn)量顯著增長。我國PAN基碳纖維的開發(fā)研制已有30多年歷史。20世紀(jì)60年代初,吉林應(yīng)

17、用化學(xué)研究所已著手于PAN基碳纖維的研究，70年代初已完成連續(xù)化中試裝置。其后，上海合成纖維研究所、中國科學(xué)院山西煤化所等單位也開展研制工作,并于80年代中期通過了中試。我國碳纖維生產(chǎn)先后建成了從年產(chǎn)幾百千克到年產(chǎn)幾噸的小試裝置和幾十噸的中試生產(chǎn)裝置，起步不晚，但發(fā)展緩慢，總生產(chǎn)能力還不及發(fā)達(dá)國家或地區(qū)的一家公司。目前我國PAN基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)計(jì)有三家, 其中大連興科碳纖維有限公司和中石油吉化公司二家為生產(chǎn)企業(yè),另一家華源集團(tuán)安徽華皖碳纖維有限公司現(xiàn)正處于試生產(chǎn)階段。而進(jìn)行碳纖維研究工作的科研院有中科院山西煤化所、上海合纖所、北京化工大學(xué)等多家。大連興科碳纖維有限公司現(xiàn)已形成年產(chǎn)360t碳纖維

18、的生產(chǎn)能力。該公司擁有高強(qiáng)度PAN基碳纖維自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及生產(chǎn)碳纖維的關(guān)鍵設(shè)備碳化爐,已于2002年獲得了中國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的實(shí)用新型專利證書。該公司還編制了我國第一部高強(qiáng)度PAN基碳纖維產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。該公司是目前我國最大的碳纖維生產(chǎn)企業(yè),產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國外同類產(chǎn)品(日本東麗產(chǎn)品T300)先進(jìn)水平。中石油吉化公司擁有碳纖維生產(chǎn)能力300t/a,實(shí)際年產(chǎn)量不足100t, 且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,達(dá)不到國外T300產(chǎn)品的水平。由安徽蚌埠燈芯絨集團(tuán)與華源集團(tuán)合作建設(shè)的安徽華皖碳纖維有限公司一期500t/aPAN原絲和200t/a碳纖維工程,總投資超過2億元,PAN原絲采用亞砜一步法,全套裝置和技術(shù)從國

19、外引進(jìn),由英國艾麥克(AMEC)公司總承包。目前我國碳纖維工業(yè)仍處于小規(guī)模生產(chǎn)。至2005年,只有大連興科和吉林石化兩家生產(chǎn)PAN基碳纖維,華源集團(tuán)安徽華皖碳纖維公司引進(jìn)的碳纖維裝置正處于試生產(chǎn)階段,兩家合計(jì)生產(chǎn)能力為660t/a,產(chǎn)量不足200t,還存在著產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)高等問題,而2005年市場需求為3000t以上,市場缺口主要依靠進(jìn)口。預(yù)計(jì)到我國碳纖維市場需求2010年達(dá)到6000t以上。盡管屆時(shí)安徽華皖公司碳纖維裝置已投產(chǎn),但市場需求增加遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生產(chǎn)能力增加,市場缺口將進(jìn)一步拉大。2008年第4季度突如其來的世界金融危機(jī)所引發(fā)的經(jīng)濟(jì)不景氣，使碳纖維產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重影響，一時(shí)間全球碳纖維出現(xiàn)供過

20、于求的局面，價(jià)格直線下滑，使國內(nèi)外PAN基碳纖維（PAN-CF）企業(yè)蒙受嚴(yán)重虧損，然而這種局面卻推動(dòng)了下游碳纖維復(fù)合材料（CFRP）等產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，并促進(jìn)該行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 2009年聯(lián)合國在哥本哈根召開的世界氣候大會(huì)，給碳纖維產(chǎn)業(yè)注入了新的活力，節(jié)能減排已成為全球的大趨勢。以中國為首的一批新興國家碳纖維產(chǎn)業(yè)的崛起，迫使發(fā)達(dá)國家的碳纖維企業(yè)作出戰(zhàn)略調(diào)整，預(yù)期在近 23年后我國將面臨前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和難得機(jī)遇。據(jù)國外多家碳纖維廠家預(yù)測，2012年世界PAN-CF可望恢復(fù)供需平衡，此后其需求量將以近20%的年增長率超速發(fā)展。面對這種新形勢，我國在“十二五”期間，結(jié)合制定“十二五”高新技術(shù)纖維中

21、長期發(fā)展規(guī)劃，提出具體的應(yīng)對措施和戰(zhàn)略部署。據(jù)報(bào)道，東邦Tenax對其PAN原絲和碳纖維生產(chǎn)工藝和技術(shù)進(jìn)行了重大創(chuàng)新，使生產(chǎn)效率提高10100倍。東麗則通過在丙烯腈（AN）與依糠酸（IA）在DMSO溶劑中進(jìn)行溶液聚合時(shí)，加入少量平均相對分子質(zhì)量（Mz）約為580萬的PAN，然后將該聚合液通入氨氣制成紡絲原液，并以噴出線速度為 7 m/min、噴頭拉伸比為24的條件下進(jìn)行干噴濕紡，經(jīng)多段水浴拉伸和高倍臨界水蒸氣拉伸后，預(yù)氧化和碳化，可制得強(qiáng)度高達(dá)88.2 GPa、模量325 GPa的碳復(fù)絲。其中PAN原絲的臨界紡絲牽伸比為 52，而凝固后的臨界拉伸比為25。若調(diào)整工藝參數(shù)，還可制得直徑為2.1m

22、、強(qiáng)度為7.2 GPa、模量為470GPa、抗壓縮強(qiáng)度為1.6 GPa的超級(jí)碳纖維。美國Hexcel公司選用AN、丙烯酸甲酯（MA）和IA或AN與甲基丙烯酸（MAA）在硫氰酸鈉水溶液中聚合，經(jīng)干噴濕紡、水浴拉伸和高壓水蒸氣拉伸制得 PAN原絲后，再經(jīng)預(yù)氧化、碳化，最高可制得直徑為3.6m、強(qiáng)度為8.0GPa、模量為333 GPa的超級(jí)碳纖維。配合PAN原絲和CF廠家的技術(shù)改造、設(shè)備和生產(chǎn)線，生產(chǎn)廠家也不斷創(chuàng)新其裝置美國Happer公司原只生產(chǎn)碳化爐，現(xiàn)自行開發(fā)了創(chuàng)新型的預(yù)氧化爐，使?fàn)t內(nèi)溫度均勻性提高了，這樣該公司具備為客戶提供完整碳化生產(chǎn)線的能力。美國Litzler公司也改進(jìn)了其預(yù)氧化系統(tǒng)，其

23、中包括獨(dú)有的橫向熱氣流技術(shù)及擁有專利的爐兩端出口處的氣封系統(tǒng)，預(yù)防冷空氣滲入爐內(nèi)，并提供穩(wěn)定的空氣流和均一的溫度，減少逸出的排出物。它可加工1 k350 k的絲束，進(jìn)口絲束寬度可達(dá)4 m。德國Fleissner公司開發(fā)可穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的PAN原絲線，產(chǎn)能取決于所需要的絲束大小，可從805 000 t/a，同時(shí)與預(yù)氧化和碳化爐生產(chǎn)廠家Eisenmann和Ruhstrat公司，聯(lián)合開發(fā)碳纖維中試線至3 000 t/a的大絲束CF全套生產(chǎn)線，預(yù)氧化爐爐口寬度為4 m。絲束卷繞機(jī)廠家也不斷創(chuàng)新其設(shè)備，繼巴馬格公司后，日本神津制作所開發(fā)了雙接輥的高效卷繞機(jī)、自動(dòng)換筒式調(diào)速收絲機(jī)及適應(yīng)大絲束碳纖維

24、分成10個(gè)小絲束的自動(dòng)換筒收絲機(jī)。德國Georg Sahm公司開發(fā)大型（500 kg）PAN原絲收絲機(jī)“ SAHM 840 XE”，有利于延長碳化時(shí)間、減少廢絲和提高生產(chǎn)效率，同時(shí)為提高中、大絲束CF的生產(chǎn)效率，還開發(fā)了全自動(dòng)、設(shè)計(jì)更為緊湊和經(jīng)濟(jì)的“S 800 ECO”CF收絲機(jī)。美國Entec復(fù)合材料機(jī)械公司也開發(fā)了電腦控制的50 k CF收絲機(jī)及其軟件包，可加快卷繞速度。5應(yīng)用前景碳纖維復(fù)合材料是為滿足航空、航天等軍事部門的需要而發(fā)展起來的新型材料，但因一般工業(yè)部門對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求不及上述部門嚴(yán)格，故開發(fā)應(yīng)用的周期較短，推廣應(yīng)用得很快，被廣泛應(yīng)用于各種民用工業(yè)領(lǐng)域。碳纖維除用于高溫絕熱材料及除電刷子之外，一般并不單獨(dú)使用，常加入到樹脂（以環(huán)氧、酚醛為主）、金屬或陶瓷、碳、水泥等基體中，構(gòu)成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，是一種極為有用的結(jié)構(gòu)材料。它不僅質(zhì)輕、耐高溫，而且有很高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量。航空航天碳纖維復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛讀（比模量）、耐高溫、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、雷達(dá)等結(jié)構(gòu)上不可或缺的戰(zhàn)略材料。航空則以客機(jī)、直升機(jī)、軍用機(jī)為主要應(yīng)用對象。文體和醫(yī)療用品文體休閑用品是碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域，高爾夫球桿、網(wǎng)球拍和釣魚竿是三大支柱產(chǎn)品，其次是自行車、賽車、賽艇、弓箭、滑雪板、撐