碳纤维行动高机能纤维的魁首，不绝此后民和军事范畴高端使用场景的主旨质料之一。鉴于 碳纤维的紧要政策事理，上世 60 年代今，从政府层面到物业层面，对碳纤维行业的繁荣都 倾注了大方的血汗，一代一代的科学家和工程师为中邦碳纤维独立自助繁荣奉献了我方的力 量。正在 2008年以前，邦内碳纤维出产产量小、品格安祥性不高、性价比上风不显著。2008年后，中邦的碳纤维企业正在军品纤维出产方面杀青了真正的打破，并正在低本钱民品纤维的研发斥地进取行大方加入、以与海外产物伸开正面角逐。同时永恒的研发和出产体验的积蓄也 让中邦碳纤维企业动手冲锋高端民用碳纤维范畴，与老例产物一道，丰饶了中邦碳纤维行业的性命力。供应与需求彼此映衬，邦内碳纤维下逛墟市疾速启动，搜罗航空航天、风电叶片、 汽车、压力容器等范畴，对碳纤维的需求正疾速发现，中邦成为环球碳纤维需求拉长最速的墟市。

　　碳纤维按拉伸强度和拉伸模量这两项力学机能目标来分，碳纤维可分为通用型碳纤维、高强碳纤维、高模碳纤维、超高强碳纤维、超高模纤维这几种。目前业内没有联合的碳纤维型号划分模范，正在现实运用中，有的碳纤维产物编号有 T300、T800、M30 等众种，此中 T 吐露强度，M 吐露模量。强度上，T 后缀的数字越大代外产物的强度越大，以是强度是 T300 T600 T700 T800 T1000 T1100 ；模量上，M 后缀的数字越大代外产物的模量越大，以是模量是 M30 M40 M46 M50 M60 M65。凭据模量巨细可分为标模、中模和高模。模范模量的拉伸模量为230-265GPA；中等模量的指拉伸模量为270-315GPA；高模量的指拉伸模量超出315GPA。正在现实出产和使用中，碳纤维并非以单根大局独立存正在，而是由必定数目的碳纤维丝束构成的，于是供应的产物音讯中都市注脚其碳纤维品为几 K。此中 1K 就代外正在一束碳纤维丝束 中有 1000 根丝，日常小于 24K（含）的碳纤维被称为小丝束，小丝束碳纤维苛重使用于航 空航天、军械设备和体育歇闲范畴，以是又被称为“宇航级”碳纤维。24K 以上的碳纤维被 称为大丝束碳纤维，大丝束碳纤维的粘连、断丝外象相对众，强度和刚度方面的机能比小丝 束碳纤维差，为通用级碳纤维，苛重用于汽车、风电叶片等大凡工业范畴，以是被称为“工业级”碳纤维。小丝束碳纤维的出产本钱比大丝束碳纤维高，机能也特别卓异，以是价钱比大丝束碳纤维特别腾贵。目前标模碳纤维有大丝束与小丝束的辨别，标模以上的碳纤维尚无大丝束崭露。但他日大丝束或者向中模的宗旨繁荣，独特是飞机的大梁、风电的梁帽和汽车 的车身组织，中模大丝束可认为航空航天、风电叶片和新能源汽车范畴带来更众轻量化使用。

　　碳纤维按差别的原质料分类，能够分为 PAN 基碳纤维、沥青基碳纤维或粘胶基碳纤维。PAN 基碳纤维的原料出处丰饶，且其抗拉强度其他二者卓异，以是 PAN 基碳纤维使用范畴最广， 譬喻航空航天、体育歇闲、风电叶片、汽车工业、修设补强等范畴，墟市份额占 90%以上。沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维的用处较为窄、产量小。通用级沥青碳纤维强度和模量较低， 苛重使用于保温质料范畴；高机能沥青基碳纤维众用于航空航天的工程质料。粘胶基碳纤维 苛重用于修制耐烧蚀和隔热质料。

　　民众半 PAN 基碳纤维出产企业具备由原丝出产动手到修制碳纤维到最终完毕碳纤维产物的完好出产线。目前环球出产 PAN 碳纤维的企苛重散布正在日本和美邦。

　　从 PAN 原丝到碳纤维，必要经由碳化、外面管制、上浆管制等进程。碳化指的是去除质料 中的非碳元素，使其碳含量超出 90%，因为 PAN 原丝的玻璃化温度低于 100 摄氏度，以是 不行直接碳化，而必要先经由预氧化进程。碳化后，为了授予纤维更好的粘合机能，必要对 它们实行外面管制，向纤维外面增添氧原子以供应更好的化学键合性，使它们的外面被轻细氧化，而且对外面实行蚀刻和粗拙化以获取更好的呆板粘合机能，可通过将纤维浸入种种气 体如氛围、二氧化碳或臭氧中以及种种液体，如次氯酸钠或硝酸中能够杀青氧化。正在外面管制之后，必要涂覆纤维以维持它们正在围绕或编织时候免受损坏，此进程称为上浆管制，涂层质料搜罗环氧树脂，聚酯，尼龙，聚氨酯等。

　　沥青基是缔制碳纤维的第二大门途，该门途原料出处丰饶且碳化收率高，凭据学术陈说，沥青基碳纤维出产本钱仅为 PAN 基碳纤维的 1/3-1/4，但因原料调制杂、产物机能较低而未获得大领域繁荣。沥青基碳纤维的制备工艺搜罗：原料沥青→ 沥青熔化管制→沥青过滤→重降法或热滤法的调制→熔喷法或熔纺法纺丝→不熔化管制→ 炭化或石墨化管制。沥青基碳纤维最早于上世纪 60 年代末杀青工业化出产。与 PAN 碳纤维比拟，沥青基碳纤维强度方面不如 PAN 基碳纤维，但高机能沥青基碳纤维正在模量、 摩擦和导热方面具有上风，以是正在航空航天范畴具有不行代替的上风位置。

　　粘胶基碳纤维的制备工艺搜罗：粘胶原丝水洗→催化浸渍→预氧化→低温碳化→高温碳化。原料苛重为木浆和棉浆，美邦、俄罗斯和白俄斯众用木浆，我邦则以棉浆为主。凭据学术陈说，因为粘胶纤维外面总碳量 仅为44.5%，加上缔制进程中的热解反映，粘胶基碳纤维出产效能只要 10%-30%，因而制备本钱相对更高。且其强度较低，不行像 PAN 基碳纤维那样以高倍张力实行预氧化，只要正在完毕预氧化后的高温管制阶段才调够施加张力。粘胶基碳纤维的益处正在于其原质料粘胶纤维是自然产品，粘胶纤维加工进程中无需增添催化剂，以是纤维中能够不含金属离子。仰仗这个其他品种碳纤维不具备的上风，正在必要确保信号不受滋扰的境况下、央浼所用的碳纤维 不行含有金属离子时（如政策军械的隔热质料、防静电和防电磁波打扮的防护质料），就务必运用粘胶基碳纤维。另外，粘胶基碳纤维具有耐烧蚀的特质，正在缔制隔热保温质料时不行 代替。

　　原丝出产是碳纤维的主旨技艺，原丝的质料口舌直接断定了碳纤维产物的质料、产量、出产 本钱和墟市角逐才力。质料卑下、平均性差的丝正在后续进程中会形成毛丝缠结、断丝的境况， 导致原丝损耗。原丝本钱是通盘碳纤维出产本钱比例最大的一局限，占 50％以上，因而局限 好原丝质料至合紧要。原丝按纺丝形式可分为湿法、干法、干湿法等。

　　湿法纺丝是将集合物溶于溶剂中，通过喷丝孔喷出细流，进入凝聚浴造成纤维的纺丝形式， 其工艺流程搜罗制备纺丝原液、原液从喷丝孔出造成细流、原液细流凝聚成初生纤维、末了 再将初生纤维卷装或直接实行后管制。湿法纺丝的速率较低，且工艺流程丰富，出产本钱较高。

　　干法纺丝和湿法纺丝相似，都是采用成纤高聚物的浓溶液来造成纤维，但与湿法纺丝差别的是，干法纺丝时原液从喷丝孔压出造成的细流是进入凝聚浴液，而是进入纺丝甬道中。甬道 中的热氛围流会使原液细流中的溶剂疾速挥发,并将挥发出来的溶剂蒸汽带走。正在渐渐脱去溶剂的同时原液发作固化，经拉伸定型洗涤干燥等后管制进程便可获得制品纤维。干法纺丝能够实行贯串出产，且纺丝速率高、产量大、对情况污染少，而且纤维质料及耐化学性和染色机能比湿纺纤维好。干法纺丝的缺陷正在于出产的纤维耐氯性较差、工艺技艺难度较大，出产本钱比干湿法高，比湿法低。

　　干湿法，也称干喷湿纺法，是将干法与湿法纺丝相连系的纺丝形式。干湿法纺丝是将纺丝原 液从喷丝头压出后，先经由一段氛围层，再进凝聚浴，初生纤维从凝聚浴液中导出后管制进程与湿法纺丝一致。纺丝原液流出喷丝头后通过氛围层时造成的纤维能正在氛围层中经受喷丝头拉伸，而且液流胀大区形变不大，如许可实行高倍的喷丝头拉伸。书中提到，丝条进入凝聚浴时已有必定取向度，且脱溶剂化水准较高，能疾速固化， 以是纺丝速率比大凡湿法纺丝速 5～10 倍，可到达 200～400m/min，纺丝机的出产率能极大升高。干湿法纺丝溶液黏度可达 50～100Pa〃s 及以上，可升高纺丝原液的浓度，裁减溶剂的接受及单耗。另外，比拟于湿法纺丝，干湿法能对照有用地调整纤维的组织造成进程。干喷湿纺工艺出产效能高、出产出的碳纤维品格好、出产本钱低。美邦日本的碳纤维龙头公司把握干湿法技艺，运用干湿法出产的碳纤维成为主流，但同时干湿法也是碳纤维行业公认的难以打破的纺丝技艺。

　　将原质料转化成组织件还必要成型这一合节方法。碳纤维巩固复合质料的加工成型工艺有很 众种，搜罗预浸料热压罐、树脂通报模塑（RM）、拉挤成型、围绕成型等。目前航空航天领 域常用预浸料热压罐工艺和树脂通报模塑（RTM）工艺，汽车零部件的出产则苛重采用 RTM 工艺等模压成型工艺。

　　预浸料热压罐工艺苛重利用于缔制高端复合质料，往往正在航空航天范畴被运用。其工艺流程搜罗浸润纤维预用树脂将其制成半固化态质料再正在模具上手工逐层干法铺贴，然后将其制袋 密封，使内部处于真空，形成负压，末了将其送入热压罐内固化成型。预浸料热压罐工艺制 制的部件品格高、机能安祥、呆板强度好，但因为采用手工积层，人工工时用度高、出产效能低且存正在必定人工处理难度。

　　树脂通报模塑工艺是一种实用于高质料、众种类、中批量复合质料的缔制工艺，技艺本钱较低，被普及使用于航空航天、汽车、体育用品范畴。其工艺流程搜罗将纤维经预成型、预编织管制后将预成型纤维体铺放正在模具型腔内，合模后用压力摆设往模腔中注入树脂，浸润纤维，末了固化脱模成型。树脂通报模塑工艺的出产效能高，成品双面光洁且尺寸精度高，实用于修制组织丰富的零件。

　　拉挤成型工艺实用于缔制高纤维体积含量的低本钱复合质料，如缔制风电叶片的梁帽，其工艺流程搜罗正在牵引摆设的用意下将贯串纤维实行树脂浸润浸后通过成型模具加热，挤轶群余树脂，使其固化。该工艺能够贯串成型，成品长度不受局部，纵向力学机能越过，出产进程 主动化水准高，出产效能高，成品机能安祥，本钱低。缺陷是只可出产线形产物，且横向强度低。

　　围绕成型工艺常被用于缔制压力容器、钓竿、传动轴等成品，正在土木修设范畴也众有使用。其工艺流程搜罗将浸过树脂胶液的贯串纤维按必定顺序围绕到芯模上，然后经固化、脱模获取成品。用围绕成型工艺制成的纤维能保留贯串完好、成品强度高、可呆板化贯串性出产、 出产周期短。但该工艺出产摆设丰富，必要杂绕机、芯模、固化加热炉、脱模机等摆设，存正在必定的技艺难度，且不行缠任性组织大局的成品，产物式样简单。

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