聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料及其在大飞机上的应用
T1000 级碳纤维及其复合材料研究与应用进展
摘要本文介绍了T1000 级碳纤维的发展历程，综述了T1000 级碳纤维及其复合材料的研究及应用情况，指出了国产T1000 级碳纤维应用研究需要关注的问题。
1引言碳纤维是一种碳元素组成占总质量90％以上，具有高强度、高模量、耐高温等优点的纤维材料。
最早可追溯至18 世纪的爱迪生和斯旺，1959年日本首先发明了聚丙烯腈（PAN）基碳纤维，而当下碳纤维的核心技术和产能被日本、美国以及一些欧洲发达国家和地区掌控。
T1000 级碳纤维作为碳纤维中的高端产品，在航空航天领域有着极大的用途。
高性能碳纤维的研究可以改善固体火箭发动机消极质量、提升载药量、提高质量比，对于先进武器的发展研究以及航天探索有重大意义。
目前国外已经大量使用T1000 级碳纤维的缠绕容器和固体火箭发动机壳体，因此开展国产T1000级碳纤维及其复合材料的应用研究迫在眉睫。
碳纤维的制备包括物理、化学、材料科学等多个领域的内容，总体分为纺丝原液的聚合、聚丙烯腈原丝的纺制、预氧化和碳化三个步骤，有众多因素需要调控。
根据缺陷理论和最弱连接理论，制备过程中产生的缺陷是影响碳纤维性能的主要因素，为保证碳纤维的性能，需要对每个工艺流程中工艺参数精准调控，由于加工过程中的各参数之间相互作用十分复杂，且目前一些工艺流程中的实际形成和演变机理不明，也使得高性能碳纤维，尤其是T1000 级碳纤维的研制有很大困难。
T1000 级碳纤维的研究主要包括碳纤维本身性能的研究、碳纤维复合材料的改性研究、碳纤维复合材料使用性能的研究几个方面。
由于T1000 级碳纤维本身的高性能、价格昂贵等原因，且国产T1000 级碳纤维还没有正式投入应用的报道，在实际应用方面主要介绍国外T1000 级碳纤维在航空航天以及其他领域的应用情况。
2T1000 级碳纤维性能研究现状1962 年正式开展PAN 基碳纤维的研制，1986 年研制出T1000G 碳纤维。
2014 年 3 月，通过碳化精细控制技术在纳米层级内控制纤维结构，成功研发出T1100G 碳纤维，2017 年 6 月强度由6600MPa 更新至7000MPa，目前东丽已完成了T1200 碳纤维的量产。
聚丙烯腈用途
聚丙烯腈用途一、简介聚丙烯腈（Polyacrylonitrile，简称PAN）是一种无色或浅黄色的高分子有机化合物，具有优异的物理性能和化学稳定性。
它是一种重要的合成纤维原料，广泛应用于纺织、电子、环保等领域。
二、纺织行业中的应用1. 制作服装聚丙烯腈纤维具有优异的柔软性和耐磨性，可以制作高档运动服、休闲服等。
此外，它还可以与其他材料混纺，如与棉混纺可制作舒适的内衣；与涤纶混纺可制作防静电工作服等。
2. 制作家居用品聚丙烯腈纤维具有良好的吸湿性和透气性，在家居用品中也得到了广泛应用。
如床上用品、窗帘等。
3. 制作工业用品聚丙烯腈纤维具有耐酸碱、耐高温等特点，在工业领域也有着广泛应用。
如过滤材料、防护服等。
三、电子行业中的应用1. 制作电缆聚丙烯腈纤维具有良好的绝缘性能和耐磨性，可以制作高档电缆。
2. 制作电池隔膜聚丙烯腈纤维具有优异的化学稳定性和电化学性能，适合用于制作锂离子电池、铅酸电池等隔膜。
四、环保领域中的应用1. 制作空气过滤器聚丙烯腈纤维具有优异的吸附能力和过滤效果，可以制作高效空气过滤器，用于净化室内空气。
2. 制作水处理设备聚丙烯腈纤维具有良好的耐酸碱性和抗菌性能，可以制作水处理设备中的滤芯、反渗透膜等部件。
五、其他领域中的应用1. 制作航空航天材料聚丙烯腈纤维具有轻质高强度、抗辐射等特点，在航空航天领域也得到了广泛应用。
如制作飞机结构材料、航天器外壳等。
2. 制作医疗用品聚丙烯腈纤维具有良好的生物相容性和抗菌性能，在医疗领域中也有一定应用。
如制作医用面罩、手术衣等。
六、总结聚丙烯腈作为一种优异的高分子有机化合物，具有广泛的应用前景。
在纺织、电子、环保等领域中都有着重要的应用价值。
未来随着科技的不断进步，聚丙烯腈在更多领域中也将得到更广泛的应用。
碳纤维材料的制备及应用研究
碳纤维材料的制备及应用研究碳纤维材料是一种高性能、高强度和轻质的材料，在航空、航天、汽车、船舶、体育器材等领域有广泛的应用。
本文将介绍碳纤维材料的制备方法及其应用研究。
一、碳纤维材料的制备方法碳纤维的制备主要包括三个步骤：前驱体制备、纺丝成纤维和碳化。
1.前驱体制备前驱体是指材料转化为碳纤维前的预处理材料。
常用的前驱体有聚丙烯腈（PAN），煤沥青和轮胎树脂等。
其中，PAN是制备碳纤维的主要前驱体。
PAN通过干法纺丝制备成PAN纤维，然后进行预氧化处理，将预氧化的PAN纤维进行拉伸，再进行热解，最终得到碳纤维。
2.纺丝成纤维纺丝是将前驱体制备成精细单体并熔融成纤维的过程。
纺丝方式包括湿式法、干式法和气流旋转纺丝法等。
其中，湿式法是制备PAN基碳纤维最常用的方法。
3.碳化碳化是指在高温下，将前驱体中的非碳元素脱除，形成含碳量达到90%以上的纤维。
碳化条件是热解温度和时间，温度在1300℃左右，时间从几小时到几十小时不等。
碳化过程中，纤维的密度增大，晶体成分变化，力学性质也随之变化。
二、碳纤维材料的应用研究1. 航空领域碳纤维材料在航空领域中的应用主要是替代传统的铝合金和复合材料制造飞机的结构部件，以减少飞机的重量和燃料消耗。
碳纤维材料是制造各种结构部件的理想材料，包括机翼、机身、进气道和发动机等。
2. 船舶领域碳纤维材料在船舶领域的应用主要是制造高速艇、游艇和各种竞赛船只的外壳和桅杆等结构件。
碳纤维材料具有优异的刚性和强度，可以有效减少船只的自重，提高船只的速度和灵活性。
3. 汽车领域碳纤维材料在汽车领域中的应用主要是用于制造车身外壳和底盘结构件等部件。
碳纤维材料具有高强度和轻质化特点，能够大大降低汽车的自重，提高汽车的燃油经济性和性能。
4. 体育器材领域碳纤维材料在体育器材领域中的应用主要是制造高档的高尔夫球杆、足球鞋、网球拍和自行车等体育用品。
碳纤维材料具有优异的刚性和强度，能够提高运动器材的性能表现。
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维复合材料
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
聚丙烯腈基碳纤维发展与应用
生产现状
国外情况
世界 P A N 基 碳纤维的生 产 , 在 20 世纪 60 年代 起步 , 经
作者简介 : 汪家铭 ( 1949- ) , 男 , 工程师 , 1985 年毕业于四川广播电视大学机械专业 , 曾从事大型引 进化肥装置设 备管理和维修工 作 , 1993 年后从事 化工科技期刊编辑及化工情报信息工作 , 先后在国内各种公开刊物上发表过化工科技论文 180 余篇。
18
化工新型材料
第 37 卷
过 70~ 80 年代的稳定 , 90 年代的飞速发展 , 到 21 世纪仍 是扩 大生产的快速发 展期。目 前 , 世 界碳 纤维年 产量 约 4 8 万 t, PA N 基碳纤维约占各种碳纤维材料的 80% 以上 , 其中日 本东 丽、 东邦和三菱人造丝 3 家公司占据了 70% 以上 , 其余主 要的 生产商还有 美国 Hex cel、 Cytec、 Zoltek 公司 和德国 SGL 公司 及韩国泰光产业公司等。 近年来 , 国外对碳纤维技术开 发研究集中 在提高 性能、 降 低成本方面。日本东丽公司根据先进复 合材料市 场发展 的需 求 , 已 决 定逐 步 淘汰 T 300 类 碳 纤维 , 重 点发 展 拉伸 强 度 为 4000~ 5000M P a、 价格与 T 300 基本 相当 的碳 纤维 品种 , 同 时
[ 1]
。
PA N 基碳纤维因其具有 的高强 度、 高 刚度、 重量 轻、 耐高 温、 耐腐蚀、 优异的电 性能等 特点 , 在 与其他 纤维 的竞 争中 发 展壮大。目 前世界主要 P AN 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 芳纶 , 跃居 世界 高性能 纤 维的第 2 位。碳纤维是 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。
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(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
聚丙烯腈（PAN）碳纤维黄洛玮1103860621摘要：聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，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。
本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。
关键词：PAN基碳纤维碳纤维结构 PAN基碳纤维制备 PAN基碳纤维性能 PAN基碳纤维应用前景1.概述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。
聚丙烯碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90％的特种纤维。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，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。
PAN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90％以上，成为最主要的品种。
2.PAN碳纤维结构碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。
碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。
碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。
PAN选用的原因：1、PAN结构式:这是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。
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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。
然而垄断国际市场的波音公司和空壳公司的先进型号大飞机由于广泛采用了碳纤维复合材料使得机身重量大大减小，具有油耗小，维护成本低廉的强大竞争力，国产大飞机想要赢得市场就不得不面对怎样在机身大量使用高性能碳纤维的难题。
考虑到我国的碳纤维工业基础，这个难题也就转化成了怎样生产低价高性能碳纤维的问题。
碳纤维是先进复合材料领域中最重要的一种增强体，它主要是以聚丙烯腈、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化等过程制得，具有高比模量、高比强度、热物理性能优异、化学稳定性好、阻尼减震降噪性能好等一系列优异性能，是航空航天、汽车、兵器、核能利用等高技术领域不可缺少的原材料，也是世界各国高度重视的战略性基础材料。
[1-2]目前，以碳纤维为增强体的各种复合材料用途日益广泛，发展十分迅速。
PAN基碳纤维材料具有生产工艺简单、产品力学及耐温性能优异、结构和功能特性良好的优点，自诞生以来发展速度较快，成为航天和航空领域所需高性能碳纤维发展和应用的最主要品种。
[2]一PAN基碳纤维复合材料的发展历程碳纤维起源于19世纪60年代，而工业化则起步于20世纪50～60年代，是应宇航工业对耐烧蚀和轻质高强材料的迫切需求而发展起来的。
1959年美国联合碳化公司（VCC）以粘胶为原料成功开发出一种高强度、高模量碳纤维，并以“Thornel 25”牌号商品化，1961年日本大阪工业研究所用聚丙烯腈为原料研制成功PAN 基碳纤维，1963年日本群马大学利用沥青制得沥青基碳纤维，1964年以后碳纤维的生产向高强度、高模量方向发展。
表 1 PAN基碳纤维的主要发展历程阶段时间主要特征第一阶段60年代突破PAN 基碳纤维连续制备技术路线第二阶段70年代实现T300 级、M40 级PAN 基碳纤维的工业化规模生产第三阶段80年代高强、高强中模、高模中强型碳纤维第四阶段90年代至今继续高性能产品的研发，开发出多功能、低成本化产品自20世纪70年代起日本的东邦人造丝、东丽、三菱人造丝公司利用本国的研究成果纷纷建厂，进行了PAN基碳纤维的工业化生产，其后又与美国、德国、英国合作建立了子公司，主要产品是小丝束（ST）碳纤维；20世纪70～80年代，日本和美国相继突破了PAN原丝、预氧化碳化等关键技术，日本东丽公司相继开发了一系列高强纤维和高模纤维，PAN 基碳纤维产业步入快速发展阶段[3] （见表1）。
21世纪初，世界PAN基碳纤维的主要生产厂商有日本Toray（东丽）、Toho （东邦）、Mitsubishi Rayon（三菱人造丝），美国Hexcel（赫克塞尔）、Zoltek（卓泰克）、Amoco（阿莫科）等公司，主要产品包括以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束碳纤维两大类。
其中日本不仅是碳纤维的主要生产国，而且是世界各国高质量PAN碳纤维的供应国，在小丝束纤维方面已经形成垄断，左右着全球碳纤维市场。
近期，东丽公司2013年4月至2014年3月的PANCF销售额，预期比上年同期增长40%，达到约1.1×1012日元（约89.1亿美元），而且于2013年9月花5.8×1011日元（约47亿美元）收购全球第三大PAN-CF生产厂家ZOLTEK，使其在全球的份额提高至30%。
兼并后的东丽公司根据新形势的需求，推出了T1100超高强高模PAN-CF，从此拉开了与竞争对手的差距，形成全球唯一的超级碳纤维厂家。
“超级东丽”宣布将再投资5.5亿美元将2016年生产能力扩充至每年30万吨[4]。
帝人公司也认定全球碳纤维产业进入了全面恢复期，而且其属下的东邦Tenax公司的PANCF，已取得了新一代中型民航客机A350的认证，因此正探讨增加在日、德的PAN原丝及PAN-CF生产线，同时于2013年10月已停止在美国的部分生产线进行改造和技术升级，将收购后的大丝束PAN-CF生产线，改为小丝束生产线，因此总产能由原1.39×104 t/a降至1.15×104 t/a，但扩大预浸料和成型品的比例[5]。
三菱丽阳、ハーモニ产业公司等公司纷纷扩大产能以适应快速增长的碳纤维市场。
总的来说，进入21世纪以后，PAN基复合材料在技术上实现了一系列突破，也正是PAN基碳纤维复合材料高性能低价格技术的实现，进一步扩大了其市场需求，高性能PAN基碳纤维复合材料应用领域已经从传统的航空航天领域向汽车和风电等技术密集领域拓展。
二PAN基碳纤维原丝纺丝技术介绍聚丙烯腈基碳纤维的生产是以聚丙烯腈碳原丝为原料, 经过连续空气预氧化, 连续低温、高温碳化, 连续在线表面处理、浸胶烘干、收卷等过程[12]。
其生产工艺流程示意图如图1。
国内外聚丙烯腈基碳纤维碳化工艺总体上是一致的，但是, 由于碳原丝质量的不同、预氧化技术和表面处理技术的不同, 使得国外碳纤维产品的质量好、价格低, 国内碳纤维无法与之竞争。
[12]PAN基碳纤维的主要纺丝技术包括溶液纺丝和熔融纺丝两大类，前者根据具体工艺的不同又细分为湿法纺丝、干喷湿纺、凝胶纺丝等。
图1 PAN基碳纤维生产工艺流程示意2.1 湿法纺丝湿法纺丝工艺是聚合物纺丝溶液经喷丝板上的喷丝孔挤出细流，直接进入凝固浴形成丝条的纺丝方法。
PAN基碳纤维原丝的湿法纺丝工艺由工业腈纶的纺丝工艺演化而来，技术较为成熟，易于工程化放大。
该工艺所得纤维纤度变化小，凝固成型稳定，纤维的残留溶剂少，容易控制原丝质量；同时，制得的纤维表面具有沟槽结构特征，与树脂材料进行复合时，对树脂基体的普适性强，复合材料的界面性能较好，因此，是目前PAN基碳纤维原丝生产中应用最广的纺丝工艺。
目前，国际上不仅日本东丽的T300、T800H等型号产品采用湿法工艺生产，日本的三菱丽阳和帝人东邦、美国的赫氏、土耳其的Dow-Aksa、以及我国的绝大多数碳纤维原丝生产厂家也都采用湿法纺丝工艺生产T300级碳纤维原丝。
2.2 干喷湿纺干喷湿纺纺丝工艺是聚合物纺丝溶液经喷丝板上的喷丝孔挤出细流，先经过空气层，后进入凝固浴形成丝条的纺丝方法。
干喷湿纺纺丝工艺兼具干法纺丝的快速、纤维表面光滑等特点，能够实现高品质原丝的细纤度化和均质化，能够有效提高纤维的生产效率和降低制造成本，是高性能PAN基碳纤维原丝生产的最好方法之一。
目前，干喷湿纺纺丝工艺最具代表性的发明专利是日本东丽的J P2555826B2，该公司的T700S、T800S、T1000等型号碳纤维原丝产品均采用该工艺进行生产，纺丝速率最高可以达到480m/min，拥有广阔的应用市场。
国外其他企业，如三菱丽阳、赫氏、韩国晓星等也拥有干喷湿纺纺丝技术；国内只有中复神鹰、中油吉化、广州金发、常州中简等少数企业掌握了干喷湿纺T700级类碳纤维原丝的生产技术，但产品性能和质量稳定性仍有待进一步提高。