聚丙烯腈基碳纤维生产工艺进展
聚丙烯腈基碳毡生产工艺流程
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聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产工艺
粘胶基热解法生产碳纤维：
以为粘胶丝为原料，400度以下分解，1500度惰性气氛中炭化，石墨化温度高于 2800度。 碳回收率低，产量少，成本高。以被前两种方法代替，现已较少使用。
聚丙烯腈（PAN)基碳纤维生产工艺：
工艺特点 碳回收率高，成本低，性能好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ最有发展前途。
用PAN纤 维制造碳纤 维有三个阶 段：氧化、 碳化、石墨 化。PAN原 丝在制造碳 纤维过程中 的结构变化 见左图。
沥青基碳纤维生产工艺简介：
1、 以聚氯乙烯、煤焦油、石油和沥青混合料为原料，将其纺丝后在250350氧化处理，产生交联结构。 2、炭化是在1350-2000度氮气中进行，纤维保持高度取向结构。 3、石墨化温度为2500-3000度，进一步增加取向程度，模量可达900GPa， 接近石墨单晶理论模量1060GPa。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料
针对PAN基碳纤维复合材料生产过程中存在的能耗高、污染重等问题 ，研究者们不断改进生产工艺，提高生产效率和环保性。
未来发展趋势预测与挑战分析
高性能化
未来PAN基碳纤维复合材料将继续向高性能化方向发展， 以满足高端应用领域对材料性能的更高要求。
绿色环保
随着环保意识的提高，PAN基碳纤维复合材料的绿色生产 将成为未来发展的重要趋势，包括采用环保原料、优化生 产工艺等。
耐疲劳性
碳纤维复合材料具有良好 的耐疲劳性能，能够承受 长期的交变载荷作用。
热稳定性及耐候性评估
热稳定性
PAN基碳纤维在高温下能 够保持较好的稳定性，不 易发生热分解或氧化反应 。
耐候性
碳纤维复合材料具有良好 的耐候性能，能够抵抗紫 外线、酸雨等自然环境的 侵蚀。
耐腐蚀性
由于碳纤维的化学稳定性 较高，因此它对于多种化 学物质都具有良好的耐腐 蚀性。
汽车工业领域应用
轻量化
碳纤维复合材料具有密度小、比 强度高、比模量高等优点，是实 现汽车轻量化的理想材料，可用
于车身、底盘等结构件。
安全性
碳纤维复合材料在碰撞时能够吸收 大量能量，提高汽车的安全性。
舒适性
碳纤维复合材料具有良好的阻尼性 能，能够降低汽车行驶过程中的振 动和噪音，提高乘坐舒适性。
体育器材领域应用
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合 材料的制备工艺主要包括原丝 制备、预氧化、碳化、石墨化 等步骤，通过控制工艺参数可 以得到不同性能的复合材料。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合 材料在航空航天、汽车、体育 器材、建筑等领域具有广泛的 应用前景，如飞机结构件、汽 车轻量化部件、高性能运动器 材等。
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CATALOGUE
聚丙烯腈碳纤维的制备过程
聚丙烯腈碳纤维的制备过程嘿，你知道聚丙烯腈碳纤维吗？这可是个超级厉害的东西呢！今天我就来给你讲讲它是怎么制备出来的。
我有个朋友叫小李，他就在一个研究碳纤维的实验室工作。
有一次我去他那儿参观，就像刘姥姥进大观园一样，对啥都好奇。
他就开始给我讲聚丙烯腈碳纤维的事儿。
聚丙烯腈碳纤维的制备啊，得从原料开始说起。
这原料聚丙烯腈，就像是盖房子的砖头一样重要。
它是一种高分子聚合物，白色粉末状的东西。
这原料可得精挑细选，要是质量不好，就像做菜用了坏的食材，后面再怎么努力都白搭。
那些生产聚丙烯腈的厂家就像是原料的把关者，得保证它的纯度啊、分子结构啥的都符合要求。
首先呢，要进行聚合反应。
这就好比是把很多小珠子串成一条长长的珠链。
在这个过程中，会有各种化学物质参与进来，就像是一群小伙伴齐心协力来完成这个任务。
反应的条件也很重要，温度、压力这些就像是指挥小伙伴们干活的小队长，得控制得刚刚好。
要是温度太高了，就像一群人在炎热的太阳下干活，容易乱套，反应可能就进行得不好。
我当时就问小李：“这温度控制是不是超级难啊？”小李笑着说：“那可不，就像走钢丝一样，得小心翼翼的。
”聚合反应完成之后呢，就得到了聚丙烯腈的纺丝液。
这纺丝液啊，看起来有点像胶水，黏黏的。
接下来就是纺丝的过程啦。
想象一下，这纺丝液就像是从一个超级小的嘴巴里挤出来的面条一样。
只不过这个“嘴巴”是很精密的喷丝头。
从喷丝头出来的丝啊，细得不得了，就像头发丝儿一样，不，甚至比头发丝儿还细呢。
这时候，周围的环境也很关键。
得让这些丝在合适的氛围下凝固成型，就像小树苗需要合适的土壤和空气才能茁壮成长一样。
我又好奇地问小李：“这丝这么细，不会断吗？”小李说：“这你就不懂了吧，在这个过程中，会有一些措施来保证丝的强度。
就像我们保护小婴儿一样，得给它足够的呵护。
”这些丝被卷绕起来，就像是把长长的线绕在一个线轴上。
然后啊，就是预氧化的过程。
这个过程可神奇了。
预氧化就像是给这些丝来一次初步的变身。
年产聚丙烯腈纤维
年产聚丙烯腈纤维1. 简介聚丙烯腈纤维是一种合成纤维，具有优良的物理和化学性能，被广泛应用于纺织、医疗、汽车、建筑等领域。
本文档将介绍年产聚丙烯腈纤维的相关信息，包括生产工艺、产品特性和市场前景等。
2. 生产工艺2.1 原料准备聚丙烯腈纤维的生产主要原料为丙烯腈单体。
原料的准备包括丙烯腈的采购和质量检测。
2.2 聚合反应原料丙烯腈通过聚合反应生成聚丙烯腈。
聚合反应需要控制反应温度、反应时间和添加聚合催化剂等参数。
2.3 纺丝和拉伸聚合得到的聚丙烯腈通过纺丝和拉伸工艺，形成连续的聚丙烯腈纤维。
纺丝过程中需要控制纺丝温度和纺丝速度，拉伸过程中需要控制拉伸速度和温度。
2.4 染色和后处理获得的聚丙烯腈纤维可以进行染色和后处理。
染色可以改变纤维的颜色和外观，后处理可以改善纤维的强度和柔软性。
3. 产品特性聚丙烯腈纤维具有以下特性：•高强度：聚丙烯腈纤维的强度比其他合成纤维高，可以用于制备强度要求高的纺织品。
•耐磨性：聚丙烯腈纤维具有良好的耐磨性，适用于制作耐久性要求高的衣物和织物。
•耐候性：聚丙烯腈纤维对紫外线和氧化性环境具有较好的耐受性，能够在户外环境中长时间使用。
•舒适性：聚丙烯腈纤维具有柔软和吸湿排汗的特性，能够增加纺织品的舒适感。
•抗菌性：聚丙烯腈纤维具有抗菌性能，可以防止细菌滋生。
4. 市场前景聚丙烯腈纤维作为一种功能性纤维，具有广阔的市场前景。
随着人们对生活品质的要求提高，对纺织品的功能性需求也越来越多样化。
聚丙烯腈纤维具备多种功能特性，可以满足不同领域的需求。
在纺织行业中，聚丙烯腈纤维可以用于制作高强度的织物和服装，如军用服装、工作服等。
在医疗行业中，聚丙烯腈纤维可以应用于医疗纺织品，如手术衣、口罩等。
在汽车行业中，聚丙烯腈纤维可以用于汽车座椅材料，提供舒适性和耐久性。
在建筑行业中，聚丙烯腈纤维可以用于制作防水材料和隔热材料，提高建筑的性能和耐久性。
综上所述，年产聚丙烯腈纤维具有广阔的市场前景，可以满足不同领域对纺织品功能性的需求。
碳纳米管增强聚丙烯腈基碳纤维制备工艺研究
性材料对缺陷十分敏感 ， 是 制约其抗拉强度 的主
要因素 ， 碳 纤 维 中 拉 伸 断 裂 发 生 在 结 构 缺 陷
处 。
按 缺陷在 碳纤 维 中所处 的位置 可分 为表 面缺 陷和 内部缺 陷 。表 面 缺 陷 占缺 陷 总 数 的 ９ ０ ％ 左
在 自行 搭建 的碳 纳米 管增 强碳纤 维单 喷头 静
电喷射 装 置进行 试验 。
１ ． ２ 试验原 料
右， 包括纤维表面的裂纹、 微纤 中的扭接和弯 曲、
表 面 凹槽 等 ； 内部 缺陷 主要包 括空 洞 、 杂 质 和针状 孔 洞等 。当碳 纤 维 受 到应 力 作 用 时 ， 这 些 缺 陷都
以 日本 Ｔ一３ ０ ０级碳 纤 维 为试 验 原 料 。多 壁 碳纳 米 管 ， 北 京 德 科 岛金 科 技 有 限公 司 生产 ； 丙 酮， 分 析纯 ， 上海 化学试 剂 有 限公 司 生产 ； 乙醇 ， 分 析纯 ， 国药 集 团化学试 剂有 限公 司生 产 ； 十二烷 基 苯 磺 酸钠 ， 分析 纯 ， 天 津 市 化学 试 剂 三 厂生 产 ； Ｎ， Ⅳ一二 甲基 甲酰胺 （ Ｄ ＭＦ ） ， 分析纯 ， 国药 集 团化 学
石 油 化 工 技 术 与 经 济
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ＆ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ｓ ｉ ｎ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｓ
第３ １ 卷
第３ 期
２ ０ １ ５ 年 ６ 月
滑无异 物 ， 沿纤 维 轴 向平 行 分 布 着 明显 的纵 向沟
微镜 （ Ａ Ｆ Ｍ） 分析手 段 ， 研 究 碳纳米 管增 强 Ｐ Ａ Ｎ基 碳纤 维 制备 工 艺 ， 包 括 喷射 液 种类 、 电压 、 喷射 距 离、 挤 出速 率及 喷射 时间对 喷射 效果 的影 响 ， 为研
聚丙烯腈基碳纤维研究进展
将 原丝 变成含碳 量 大于 ９ 的碳 材 料 ， 于碳 素工 Ｏ 属 学 。碳纤 维 的生产是 多学 科 ， 多技 术交叉 的生 产 。 ２１ 聚 ． 合 制备 Ｐ ＡＮ基碳 纤维 一 般采 用 丙烯 腈 和第 二 种 单 体共 聚 ， 这样 制备 出的原 丝 在 预 氧化 过 程 中 为离
子 型反应 ， 容易 控制 ， 而且 预氧化过 程要求 的温 度较
质 提高方 面 ， 挥 着非 常 重 要 的作 用 。由于 国外对 发 碳纤 维 的技术 和产 品实施全 面封 锁 ， 因此 ， 国碳纤 我
维 的发展必 须立 足 国内 ， 自主创新 的道 路 。 走 笔者 从事 碳 纤 维研 究 多年 ， 碳 纤维 有 一 定 的 对 认识 ， 现就碳 纤维 的分 类 ， 目前生 产 工 艺 ， 最新 国 内 外现 状及应 用做 一定 阐述 。 １ 碳纤维 分类
强度 （ ＵＨＳ 碳 纤维 、 高模 量 （ ） 超 ＵＨＭ） 纤维 ； 照 碳 按
丝束 的大小 可 以分 为 大 丝束 和 小 丝 束 ， 大丝 束 一 般 指 ４ ￣４ ０ 小丝束 一 般 指 １ ４ １ 的含 义 为 ８ ８ Ｋ， ～２ Ｋ（Ｋ
一
条碳纤 维丝 束 含 １０ ０ ０根单 丝 ） 。由于 Ｐ ＡＮ 基 碳
２ １ 年纪代 但校禾第 ３ ０１ 、 期
综 合评述 — —
聚 丙烯 腈 基碳 纤 维 研 究进 展
马 刚峰 ， 李 峰， 徐泽 夕 ， 李存 生
４ ６ １） ７ １ ３ （ 南 永 煤 碳 纤 维 有 限公 司 ， 南 商 丘 河 河 摘
要 ： 述 了 目前 Ｐ 综 ＡＮ基 碳 纤 维 的 生 产 工 艺 —— 聚 合 、 丝 和 预 氧 化 、 化 及 关 键 控 制 指 标 ， 绍 了 纺 碳 介
聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺
聚丙烯腈(pan)基碳纤维生产工艺聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是制备高品质碳纤维的主要原料之一。
该纤维具有高强度、高模量、高导电性和优异的耐高温性能，被广泛应用于高端航空、航天、汽车和体育器械等领域。
本文将介绍PAN基碳纤维的生产工艺。
1. 原料准备根据生产工艺要求，选择合适的聚丙烯腈原料。
将原料进行初步处理，去除杂质和水分，以确保生产过程中的纤维质量。
2. 聚合反应将经过准备的聚丙烯腈原料溶解在适当的溶剂中，加入聚合催化剂和其他添加剂，进行聚合反应。
反应温度和时间、反应条件等要求均需严格控制，以确保聚合品质量和纤维性能。
3. 细纤化将聚合物溶液经过细纤化处理，使聚合物分子链排列有序，形成纤维形态。
细纤化方法有湿法和干法两种，其中湿法多使用纺丝机或旋转杯法，而干法则多采用气流旋转杯法。
4. 洗涤和脱水将细纤化后的纤维进行多次洗涤，以去除残留的溶剂和其他杂质。
洗涤后进行脱水处理，以去除水分，为后续的碳化步骤做好准备。
5. 碳化将经过脱水处理的PAN基纤维置于高温炉中进行碳化。
碳化温度和碳化速率对纤维质量和性能有着极大的影响，要根据产品要求进行合理的控制。
6. 热处理将碳化后的纤维再次进行高温热处理，使其内部结构进一步改善，提高其力学性能和稳定性。
7. 修边和检测对制备完成的碳纤维进行修边处理，去除开口、裂纹等缺陷。
然后进行质量检测，检查其力学、热学、导电等性能是否符合要求。
8. 包装通过卷绕或缠绕等方式对碳纤维进行包装，以便于运输和使用。
总之，PAN基碳纤维生产工艺控制精度要求高，涉及多个关键步骤，每一个环节都需要精益求精，以确保产品质量和性能稳定。
在实际生产过程中，还需要根据产品品种和规格进行细致的调整和改进，以满足不同用户的需求。
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于Ｐ ＡＮ 聚合 物 不 溶 于水 ， 聚 合 物 会 以 粉 末 状 形
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ １ —１ ７ ； 修 改 稿 收 到 日期 ： ２ ０ １ ７ 一Ｏ ６—３ Ｏ 。
作 者 简介 ： 胡立新（ １ ９ ６ ６ 一 ） ， 教授 ， 从 事精 细化学品 合成。Ｅ —
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｑ３ ４ ２ ． ７ ４ ２
文献标识码 ： Ａ
聚丙烯腈 （ Ｐ ＡＮ） 基 碳纤 维是 以 Ｐ ＡＮ 为 材
ＡＮ一 衣康酸（ Ｉ Ａ） 共 聚物 和 ＡＮ一 衣康 酸铵 （ ＡＩ Ａ） 共
聚物 在 预氧化 过 程 中的 热 性 能 ， 其 各 自环化 的终 止放 热温 度分 别 为 ２ ３ ８ ． ４ ， １ ９ ８ ． ３℃ 和 １ ８ ６ ． ８℃ ， 放热 焓 分 别 为 ６ ０ ２ ． ４ ， ５ ７ ５ ． ７ Ｊ ／ ｇ和 ４ ５ ６ ． ５ Ｊ ／ ｇ 。
力增 加 ， 分 离 因子 会 急剧 下 降 ， 仅适合 ２ ０ ０ ～３ ０ ０
ｇ ／ Ｌ 以下 的 废 水 。 １ ． ２ 非 均 相 聚 合
单体 ＡＮ 在 特 定 溶 剂 中 和 共 聚 单 体 发 生 聚
合， 直 接得 到 均 一 的 Ｐ ＡＮ 聚合 物 溶 液 。这 种 工
均相 聚合 工 艺 流程 虽 然 简 单 ， 但 溶 剂 回收 难 的 问题在 制 约 生 产 成 本 的 同 时 也 影 响 了 产 品 质
机构 件 、 油 田钻探 、 医疗 器械 、 国防科 技 、 材料 加 固 和核 电等 Ａ 能促 进 腈 基 的环 化 反 应 ， 使 其在 预氧 化 阶段 较 好 的形 成 了 耐 高 温 的 梯 形 结 构， 避免 Ｐ ＡＮ 原 丝 在 预 氧 化 时 ， 集 中 放 热 而 断 裂， 从 而 制备性 能更 优 良的 Ｐ ＡＮ碳 纤 维 。 溶剂 的 回收是 均相 聚合 工艺 中重 要 的生产 单
高 的碳损 失 率 （ 黏 胶 纤 维 中 的 氧气 有 转 化 为 Ｃ ｏ
和 Ｃ ｏ 趋势） ， 而 沥青 基碳 纤 维 的拉 伸 性 能 相 对
较差 ， 要生 产 高纯度 的沥青基 纤 维 比较 困难 。
１ 丙烯腈 的聚合
１ ． １ 均 相 聚 合
着Ｄ ＭＳ Ｏ废 液浓 度 的升高 ， 润 湿膜孔 导 致 传质 阻
第 ３ ４卷 第 ６期 ２ ０ １ ７ 年 １ １ 月
精
细
石
油
化
工
７ ９
ＳＰＥＣＩ ＡＬＩ ＴＹ ＰＥＴＲＯＣＨＥＭ Ｉ ＣＡＬＳ
聚 丙 烯 腈 基 碳 纤 维 生 产 工 艺 进 展
胡立新 ， 李志鹏 ， 唐 强， 李 俊， 张 家晖 ， 张 弘， 徐保 明
（ 湖 北 省 研 究 生 工作 站 ， 湖北工业大学 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ）
艺流 程简 单 、 生产 成 本 较低 ， 故 Ｐ ＡＮ 的均 相 聚 合
被广 泛应 用 于工业 生产 。
量 。人们 以水 为 溶 剂 开 发 了 非 均相 聚合 工 艺 ， 由
均聚 Ｐ ＡＮ 在 预 氧 化 时 ， 自由基 型 环 化 反 应 会集 中放 热使 预 氧化 丝易熔 易燃 ， 常加入 １ ～３种 共 聚单体 对 Ｐ ＡＮ 进 行 改 性 ， 使 预 氧 化 的 反 应 机
目前 Ｐ ＡＮ 基 碳 纤 维 的 生 产 步 骤 有 ： 丙 烯 腈 （ ＡＮ） 聚合 、 Ｐ ＡＮ 原丝 制 备 、 Ｐ ＡＮ 原 丝 的预 氧 化 、
Ｐ ＡＮ 预 氧化 丝 的碳 化 ［ １ ］ 。现 同 类 的 黏 胶 基 碳 纤 维 和沥青 基碳 纤维 相 比 ， Ｐ ＡＮ基 碳纤 维 在 生产 成 本上 有一 定优 势 ： 黏胶 基碳 纤维 在碳 化 阶段 ， 有较
元， 回用 的溶 剂 约 占反 应 需 求 量 的 ９ Ｏ ， 因此 寻 找稳 定高 效 的 回收方式 一直 是均 相 聚合研 究 的重 点之 一 。王杉 等［ ３ 在 Ｄ ＭＳ Ｏ 纤 化 废 水 处 理 时 采 用气 隙式 多效 膜蒸 馏 （ ＭＥ ＭＤ） 进 行 回收 时发 现 ： 在浓 缩 过程 中 ， Ｄ ＭＳ Ｏ 的 回 收率 可 达 到 ９ ９ ． ６ ， 多效 膜 的利用 也 较 大 程度 的节 约 了能 源 ， 但 是 随
料， 经过 原 丝 制 备 、 预 氧 化和 碳 化后 ， 制 备 得到 的
同 时具备 纤 维 的 柔 韧 性 和 碳 材 料 抗 拉 特 性 的 材 料 。 因其 具有 类似 微 晶化 的多 环芳香 族 的结构 特
性 和高规 整度 ， 使 之 成 为 一 种 高 耐 热性 高杨 氏模
量 的轻质 纤 维 ， 广 泛应 用 于体育 休 闲用 品 、 汽 车飞
ｍａ ｉ １ ： ｃ ｈ ｅ ｍ１ ２ ３ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ。
理转变为离子型 ， 从而降低反应放热 速率， 提 高
Ｐ ＡＮ 的耐热 性 能 。王 晶 研 究 了 Ｐ ＡＮ 均 聚 物 、
基金项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 面 上 项 目（ ２ １ ２ ７ ２ ０ ８ ６ ） ； 科 技 部 中 小企 业 创 业 基 金 （ １ ２ Ｃ ２ ６ Ｚ １ ４ ２ Ｏ ４ ４ ５ ３ ） 。
摘要 ： 介 绍 了 聚 丙 烯 腈 基 碳 纤 维 的合 成 工 艺 步 骤 的 研 究 现 状 ， 包括 ： 丙烯腈聚合 、 聚 丙 烯 腈 原 丝 的制 备 、 聚 丙 烯 腈 原 丝 的 预 氧 化 和 聚丙 烯 腈 预 氧 化 丝 的碳 化 。重 点 分 析 阐述 了各 个 工 艺 步 骤 的 反 应 条 件 对 碳 纤 维 性 能 影 响 的关键技术问题 ， 并对 Ｐ ＡＮ 基 碳 纤 维 未来 的 发 展 应 用 提 出 了建 议 。 关键词 ： 聚丙 烯腈 基 碳纤维 生产工艺 进 展