聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料
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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聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用徐志鹏北京化工研究院摘要自2007年国务院公布国产大飞机战略以来,这一领域的发展获得了持续的关注。
然而当今的国际大飞机市场被波音和空客两大公司所垄断,国产大飞机想要赢得市场面临多方面的挑战,其中之一就是高性能复合材料的应用。
聚丙烯腈基碳纤维复合材料诞生五十多年以来,发展迅猛,已经从传统的航空航天领域逐渐向汽车、风电等领域拓展市场,未来市场潜力巨大。
而目前中国仅能生产相当于T300,T700性能的碳纤维,不仅无法满足国产大飞机的材料需求,而且该领域的技术短板也限制了很多行业的发展。
本文在综合了前人研究成果的基础上,介绍了碳纤维的发展历程,PAN基碳纤维的关键技术和碳纤维复合材料在商用大飞机上的应用情况。
笔者认为,有市场竞争力的国产大飞机必须大量使用高质量的碳纤维复合材料,而突破PAN基碳纤维复合材料技术壁垒的关键在于生产高质量的碳原丝,其技术突破点在于干喷湿纺和凝胶纺丝生产技术的掌握与改进。
关键字:PAN基碳纤维,大飞机,碳原丝,干喷湿纺, 凝胶纺丝ABSTRACTLarge Plane Project has been fascinating Chinese public for years since its first announcement by State Council in 2007. China-made large plane is now facing varieties of challenge, while Boeing and Airbus are on the monopoly of market, one of the main challenge is the application of carbon fiber composite material. PAN based carbon fiber composite has witnessed a boost since it’s born in the past 50years, and now is expanding its application from space project to automobile and wind power generation projects. Carbon fiber industry in China cannot satisfy the demand of large plane project and many other industrial demands, because we can only made carbon fiber as well as T300 and T700 by our self. This article introduced the history of carbon fiber, key technology of PAN based carbon fiber and how PAN based carbon fiber is used in commercial large aircrafts. The author of this article believes the China-made large plane must use plenty of carbon fiber based composite to win the market and the key technology we need to break through is dry-wet spinning and gel spinning technique to make high performance PAN-based carbon fiber precursor.Key words: PAN based carbon fiber, large plane, carbon fiber precursor前言国产大飞机战略自发布以来,引发了广泛的关注。
PAN碳纤维

东邦Tenax:对其PAN原丝和碳纤维生产工艺和技术进行了重大创新,使生产效率提高 10~100倍。
东丽:丙烯腈(AN)与依糠酸(IA)在DMSO溶剂中进行溶液聚合时,加入少量平均 相对分子质量(Mz)约为580万的PAN然后将该聚合液通入氨气制成纺丝原液制得直 径为2.1μm、强度为7.2 GPa、模量为470GPa、抗压缩强度为1.6 GPa的超级碳纤维。
,是钢的7~9倍
。抗拉伸模量在 23000~43000M pa亦远高于钢。
基碳纤维密度在
1.75~1.93g/cm3 之间。
国际形势
PAN的选用
聚丙烯腈(PAN)在1961年通过Shindoin首次被认定作为碳纤维合适 的前驱体。 PAN的结构
PAN的影响因素: a、PAN纤维分子易于沿纤维轴取向; b、碳化收率(1000℃~1500℃)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。 丙烯腈(AN)可以聚合本体聚合,悬浮液聚合,溶液聚合,并在乳液 通过将自由自由基,离子或原子转移自由基聚合。
聚丙烯腈基(PAN)碳纤维复 合材料
班级:11031101材料化学 姓名:黄洛玮 学号:1103860621
PAN碳纤维介绍
PAN的选取原因 PAN碳纤维的制备
PAN碳纤维的前景及国际形势
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。
美国Hexcel公司
中国的碳纤维发展速度有待提高,需要我们继续不懈的努力
参考文献:
CarbonFibers:PrecursorSystems,Processing,Structure,and Properties.---------------------ErikFrank,LisaM.Steudle,DenisIngildeev,JohannaM.Spç rl,and MichaelR.Buchmeiser*
聚丙烯腈基碳纤维性质及其性能方面研究

聚丙烯腈基碳纤维性质及其性能方面研究王立楠100201班摘要:汇述了碳纤维应用领域、世界碳纤维市场、世界碳纤维制造、聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产商与制造工艺以及中国碳纤维发展现状与趋势,尤其近年来在大飞机重大专项的牵引下,我国各地争上千吨级碳纤维项目,而形成“碳纤维热”。
同时,为缩小与国外先进水平的较大差距,提出“突破PAN原丝关键技术瓶颈,避免重复引进和重复研究,加快提升自主创新能力”3项发展建议。
关键词:碳纤维;应用领域;市场需求;产能;生产Study on polyacrylonitrile based carbon fiber properties and performanceLi’nan Wang class:100201Abstract: The carbon fiber application fields, world’s market, capacities of foreign producers and their extending plan, production technologies and the development situation & trend of carbon fiber in China are illustrated, especiallyin the drawing of China’s big airplane important project, several 1 000 t/a carbon fiber programs were constructed all over the country, forming “overheat”in carbon fiber in recent years. In the same time, three suggestions are put forward in order to shorten the distances with foreign companies, they are “making a breakthrough at the bottleneck of PAN precursor key technologies, avoiding the repeated imports of foreign equipment and re -searches, accelerating and raising the ability of innovation ”.Key words: carbon fiber; application territory; market demand; production capacity; advance1、聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的用途PAN碳纤维是军事工业用量大、使用面广、地位极为重要的关键性高性能纤维材料,是各类军用高强、高模、高强高模型复合材料的原料及技术基础。
聚丙烯腈基碳纤维及其应用

PAN基碳纤维及其应用(南通大学纺082 0815012038 朱琴)摘要:聚丙烯腈基碳纤维是一种力学性能优异的新材料,在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。
本文简要介绍了PAN基碳纤维的结构、性能、制备、碳纤维的应用领域以及面临的挑战,并对未来发展提出了一些建议。
关键词:PAN基碳纤维、结构、性能、制备、应用、挑战碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得,其中的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维用途最广、用量最大、发展最为迅速,在碳纤维生产中占有绝对优势。
目前世界主要PAN基碳纤维生产厂家的总生产能力已达到3.65万t的规模,仅次于劳纶,跃居世界高性能纤维的第2位。
碳纤维足军民两用新材料,是我国目前乃至今后相当长一段时间内鼓励优先发展的高科技纤维之一,也是国家迫切需要短期内突破的高新技术纤维品种。
随着近年来我国对碳纤维的需求量日益增长,碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新产品,成为国内新材料产业研发的热点。
一、PAN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 3.39~3.42Å,各平行层面间的各个碳原子,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。
二、PAN基碳纤维的性能碳纤维有通用型(GP)、高强型(HT)、高模型(HM)、高强高模(HP)等多种规格。
见表1表1 碳纤维的规格与性能规格高强型HT 高模型HM 通用型GP 高强高模型HP 直径/μm 7 5~8 9~182.5~4.5 2.0~2.8 0.78~1.03.0~3.5强度/(×103Mpa)2.0~2.43.5~7.0 3.8~4.0 4.0~8.0模量/(×103Gpa)伸长/% 1.3~1.8 0.4~0.8 2.1~2.5 0.4~0.5比重/(g/cm3) 1.78~1.96 1.40~2.00 1.76~1.82 1.9~2.1碳纤维有如下的优良特性:①比重轻、密度小;②超高强力与模量;③纤维细而柔软;④耐磨、耐疲劳、减震吸能等物理机械性能优异;⑤耐酸、碱和盐腐蚀,可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性炭纤维;⑥热膨胀系数小,导热率高,不出现蓄能和过热;高温下尺寸稳定性好,不燃,热分解温度800℃,极限氧指数55;⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好;⑧具有润滑性,不沾润在熔融金属中,可使其复合材料磨损率降低;⑨生物相容性好,生理适应性强。
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。
聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能、应用及相关标准

少 的工程材料 ,同时在体育用 品 交通运输 医疗器械和
土木 建筑等 民用领 域也有 着广泛应用 。P AN基碳纤 维生产 工 艺简 单 ,产 品综 合 性能好 .因而 发展 很快 ,产 量 占到
9 %以上 .成为最主要 的品种 。 0
l 国 内外聚丙烯腈基碳纤维的发展现状
11国外发展现状 .
进 行 了展 望 。
关键 词 :碳纤维 ;聚丙烯腈 ;标准
Ab ta t P sr c : AN. a e r o b r san w tra t x e t n l c a ia r p ry I a e n e t n i ey b s dCab n f e e mae i l h e c p i a i i wi o me h n c l o e t . t sb e x e sv l p h a p id i v a i n p c l h , o sr c , p rs a t m o i ,me i a r a m e t e c fed . b i fr v e o e p l n a ito ,s a e f g t c n t t s o t , u o b l e i u e d c lt t n , t . l s A re i w ft e i e h e o u i n a d c re tst a i n o e P N— a e r O i e t o n b o d we e i cu e . u t e mo e t e v l t n u r n i t ft A b s d Ca b n f r a me a d a r a r n l d d F rh r r . h o u o h b h p e a a i n s r c u e e f r n e a d t e a p ia i n a e ft e P r p r t . t t r .p ro ma c n h p l to r a o AN. a e r o b rwe e a s n o u e . o u c h b s d Ca b n f e r lo i t d c d i r I t rea e t n a d n s eh d r p cf a l x r s e . h e e o me t n t e f t r sp o p c e . n e r lt d sa d r sa d t t t o s e m we e s e i c l e p e s d T ed v l p n u ewa r s e t d i y i h u
聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能应用及相关标准

聚丙烯腈基(PAN)碳纤维的性能\应用及相关标准作者:陈蓉蓉王莘蔚来源:《中国纤检》2010年第11期摘要聚丙烯腈基碳纤维是一种力学性能优异的新材料,在航空、航天、建筑、体育、汽车、医疗等领域得到广泛的应用。
本文简要介绍了国内外PAN基碳纤维的发展历程和现状,PAN基碳纤维的制备、结构、性能及碳纤维的应用领域,详细介绍了PAN基碳纤维相关标准及检测,并对未来发展进行了展望。
关键词:碳纤维;聚丙烯腈;标准Abstract: PAN-based Carbon fiber is a new material with exceptional mechanical property. It has been extensively applied in aviation, space flight, construct, sports, automobile, medical treatment, etc. fields. A brief review of the evolution and current situation of the PAN-based Carbon fiber at home and abroad were included. Furthermore, the preparation, structure, performance and the application area of the PAN-based Carbon fiber were also introduced. Interrelated standards and test methods were specifically expressed. The development in the future was prospected.Key words: Carbon Fiber;Polyacrylonitrile;Standard碳纤维是一种力学性能优异的新材料,它不仅具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。
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班级:1013241 姓名:董鸿文
学号:101324108
材料化学课程论文
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 人造纤维戒合成纤维为原料,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。
1 2
3
沥青基
粘胶基
聚丙烯腈基(PAN)
PAN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
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
参考文献
[1]徐樑华:高性能PNA基碳纤维国产化进展及发展趋势[J].中国材料进展, 2012,31(10):7-13 [2]陈利,孙颖,马明:高性能纤维域成形体的研究[J].中国材料进展,2012, 31(10):21-29 [3]韩克清,严斌,余木火:碳纤维及其复合材料高效低成本制备技术进展[J].中 国材料进展,2012,31(10):30-35 [4]郭敏怡:我国高性能碳纤维产业发展现状不展望[M].军民两用技术不产品, 2012,2:53-58 [5]郑宁来:中国航天公司研制成功碳纤维新产品[J].合成纤维,2011,40 (7):14-15 [6]贺福:研制高性能碳纤维已是当务之急[J].高科技纤维不应用,2010,35(1): 14-18 [7]钱伯章:国内外碳纤维应用领域、市场需求以及碳纤维产能的进展[J].高科技 纤维不应用,2010,35(2):29-33 [8]赵稼祥:世界PAN基碳纤维的生产不需求以及对发展我国碳纤维的启示[J].新 材料产业,2010,9:25-31
Mitsubishi Electric
Cytec Hexcel Aldila 台塑集团 Aksa
Zoltek SGL
世界PAN碳纤维主要生产企业
全球主要企业PAN碳纤维产能
设计产能(吨) 东丽集团 东邦特耐克丝公司 2009 17600 13500 7400 6150 4750 2000 750 0 52150 36505 2010 17600 13500 7400 7450 4750 3000 1500 0 57650 40335 2011 17600 13500 7400 8750 5500 3000 3500 400 60100 60100 2012 18900 13500 7400 8750 7000 4000 3500 1000 67800 67800 2013 20800 13500 7400 8750 7000 4000 3500 2000 71000 71000
杨玉良院士
总结
碳纤维因品种和质量的丌同, 价格从100 多元/kg 到5 万多元 /kg都有。其中,走小批量、高精 尖的品种,我们丌妨戏称为“贵族 碳纤维”,而量大、价格相对低的 碳纤维,我们则戏称为“平民化碳 纤维”。中国堪称是世界碳纤维研 发的“老人”,但却是产业化的 “新手”,所以,对于中国众多碳 纤维企业来说,探讨“平民化”之 路有实质意义。
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不 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
碳纤维拉伸强度
在3500Mpa以上 ,是钢的7~9倍
。抗拉伸模量在
23000~43000M pa亦远高于钢。
1.75~1.93g/cm3
之间。
聚丙烯腈基碳纤维的制造
PAN选用的原因:
1、PAN结构式
I→600pm←I
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(1000℃~1500℃)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。
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
美国航天飞机
欧洲空客A380
体育休闲
高尔夫球杆
网球拍
钓鱼竿
捷安特XTC-ADV-SL
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
}
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
zzzzzzzzz
碳纤维复合材料的性能
密度低
它的比重丌到钢 的1/4,世界主流 公司生产的PAN 基碳纤维密度在
强度高
目前可制造出的
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。
截止2011年底,中国大陆具备500t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有限公司,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1.25万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3.27亿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劢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有限公司,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。
21150
25000
22500
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 推劢下,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不下,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。
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THANKS
材料化学课程论文
小丝束
1K/3K/6K/ 12K/24K
三菱人造丝公司 台塑集团 赫氏公司 氰特工程材料公司 土耳其Aksa公司 印度Kemrock公司 产能合计 产量系数0.7
设计产能(吨) 卓尔泰克集团 大丝束 24K/48K/50K /60K/80K/320 K及以上 德国SGL集团
2009 13000 6000
2010 13000 6000
2011 13000 6000
2012 13000 7500
2013 13000 9000
三菱人造丝公司
东丽集团
700
300
700
300
2700
300
2700
300
2700
300
产能合计
产量系数0.7
20000
18000
20000
18000
22000
800
23500