碳纖維是一種含碳量超過95%的纖維材料,具有優(yōu)異的力學(xué),化學(xué),電學(xué)等優(yōu)良特性,是”新材料之王”,是軍民發(fā)展不同缺少的戰(zhàn)略性材料,價(jià)格非常昂貴,通常又被稱為”黑黃金”。碳纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)發(fā)展到今,已然成熟,隨著碳纖維復(fù)合材料不斷發(fā)展,越來越受各行各業(yè)的青睞,尤其是航空、汽車、軌道、風(fēng)電葉片等強(qiáng)勁增長以及其帶動作用，碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景更加廣闊。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游和下游。上游通常是指生產(chǎn)碳纖維專用的材料；下游通常是指生產(chǎn)碳纖維應(yīng)用部件的產(chǎn)品。介于上下游之間的企業(yè)可以認(rèn)為他們是碳纖維生產(chǎn)工藝中的設(shè)備提供商。如圖：碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游從原絲到碳纖維整個過程，需要經(jīng)過氧化爐、碳化爐、石墨化爐、表面處理、上漿等工藝，將以聚丙烯腈結(jié)構(gòu)為主的原絲經(jīng)過碳化等工藝變?yōu)橐允w維結(jié)構(gòu)為主的碳纖維。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游屬于石油化工行業(yè)，主要通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈；碳纖維企業(yè)通過對以丙烯腈為主的原材料進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，對原絲進(jìn)行預(yù)氧化、碳化等工藝制得碳纖維，通過對碳纖維和高質(zhì)量樹脂的加工以獲得碳纖維復(fù)合材料以滿足應(yīng)用需求。

碳纖維的生產(chǎn)流程主要包括：拉絲、牽伸、穩(wěn)定、碳化、石墨化。如圖：拉絲：這是碳纖維生產(chǎn)過程中的第一步，主要把原材料分離成纖，屬于物理變化，在這過程中，紡絲液細(xì)流與凝固液之間的傳質(zhì)、傳熱，最后PAN沉析形成凝膠結(jié)構(gòu)的絲條。

牽伸：要求溫度100到300度，結(jié)合定向纖維的拉伸效應(yīng)來操作。也是PAN纖維的高模量、高強(qiáng)化、、致密化和細(xì)化的關(guān)鍵步驟。

穩(wěn)定：使用400度加熱氧化的方法使熱塑性PAN線形大分子鏈轉(zhuǎn)化為非塑性耐熱梯形結(jié)構(gòu)，使其在高溫下不熔不燃，保持纖維形態(tài)，熱力學(xué)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

碳化：需要在溫度1千到2千度，將PAN中非碳元素驅(qū)除，最后生成含碳量90%以上的具有亂層石墨結(jié)構(gòu)的碳纖維。

石墨化：需要溫度在2千到3千度，將無定型、亂層結(jié)構(gòu)的碳化材料向三維石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，是提高碳纖維模量的主要技術(shù)措施。

碳纖維從原絲生產(chǎn)工藝到制成品的詳細(xì)過程就是由上道原絲生產(chǎn)工藝產(chǎn)出PAN原絲，經(jīng)過送絲架濕熱預(yù)牽伸后，由牽伸機(jī)器依次傳送到預(yù)氧化爐，經(jīng)過數(shù)臺預(yù)氧化爐群的不同梯度的溫度烤化后，形成氧化纖維即預(yù)氧絲；預(yù)氧絲經(jīng)過中溫、高溫碳化爐后形成碳纖維；

碳纖維再經(jīng)過最終的表面處理上漿、干燥等工藝得到碳纖維成品。全過程連續(xù)走絲，精確控制，任何一道工序出現(xiàn)些許問題都會影響穩(wěn)定生產(chǎn)和最終碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。碳纖維生產(chǎn)工藝流程長，技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)多，生產(chǎn)壁壘高，是多學(xué)科、多技術(shù)的集成。

文章來源：材料+

原標(biāo)題：《【復(fù)材資訊】全面解讀碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈-原絲到成品》