聚丙烯腈纖維的發展

2021-02-15 高分子材料製備原理及實踐

聚丙烯腈基碳纖維由日本的近藤昭男於1959年所發明,但是當時製備工藝還不成熟,是後續英國皇家空軍研究所的瓦特和詹森等發現在熱氧化處理過程中對纖維施加張力才能製得高性能碳纖維從而實現了PAN基碳纖維的工業化生產。

國內:中國的PAN基碳纖維始制於20世紀60年代中期,經歷了長期低水平的徘徊、技術轉型和快速發展三個階段,20世紀90年代中國運行著3條PAN原絲技術路線:蘭州化纖廠的硫氰酸鈉(NaSCN)一步法、吉林石化的硝酸(HNO3)一步法和陝西榆次化纖廠的二甲基亞碸一步法,但由於原絲核心技術沒有掌握,二甲基亞碸法和硫氰酸鈉法原絲技術未能實現碳纖維的連續穩定製備,碳纖維的性能水平偏低、質量一致性不高。2000年,北京化工大學研發成功基於二甲基亞碸為溶劑的間歇聚合一步法製得PAN基碳纖維,掌握了纖維表截面結構調控、皮芯結構控制等關鍵技術。

國外:PAN基碳纖維力學性能高,應用領域廣,佔全球碳纖維總產量的90%以上,目前已經開發出高強度、高模量和高強高模三大系列約30個品種。全球範圍內擁有PAN原絲、PAN基碳纖維、織物、預浸料、單向預浸帶、片材至複合材料製品全套產業鏈的企業主要有日本的東麗(Toray)、東邦(Tenax)、三菱麗陽,美國Hexcel、Cytec以及德國SGL公司等。其中日本東麗公司生產的碳纖維,無論品質、產量還是品種均居世界前列,下圖分別為全球小絲束和大絲束碳纖維的市場分布。

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