碳纖維是一種含碳量超過95%的高強高模纖維材料,具有優(yōu)異的力學,化學,電學等特性,是質輕高強材料的代表，是軍民發(fā)展不可或缺的戰(zhàn)略性新材料,價格非常昂貴,是”新材料之王”,又被稱為”黑色黃金”。目前逐漸受各行各業(yè)的青睞,尤其是航空、汽車、軌道、風電葉片等行業(yè)。

　　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)碳纖維應用部件的產(chǎn)品。介于上下游之間的企業(yè)可以認為他們是碳纖維生產(chǎn)工藝中的設備提供商。

　　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行聚合反應生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，對原絲進行預氧化、碳化等工藝制得碳纖維，通過對碳纖維和高質量樹脂的加工以獲得碳纖維復合材料以滿足應用需求，由于碳纖維生產(chǎn)工藝極其復雜、不僅要面臨國外設備禁運、價格打壓，甚至還要面臨著常規(guī)級碳纖維的斷供。因此國產(chǎn)碳纖維研發(fā)道路非常困難，耗資極其巨大，目前大多由國資背景的企業(yè)承擔研發(fā)碳纖維的艱巨任務，如上海石化、吉林碳素等。

　　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。

　　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，紡絲液細流與凝固液之間的傳質、傳熱，最后PAN沉析形成凝膠結構的絲條。

　　牽伸：要求溫度100到300度，結合定向纖維的拉伸效應來操作。也是PAN纖維的高模量、高強化、、致密化和細化的關鍵步驟。

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

　　碳化：需要在溫度1000到2000度，將PAN中非碳元素去除，最后生成含碳量90%以上的具有亂層石墨結構的碳纖維。

　　石墨化：需要溫度在2000到3000度，將無定型、亂層結構的碳化材料向三維石墨結構轉化，是提高碳纖維模量的主要技術措施。

　　碳纖維從原絲生產(chǎn)工藝到制成品的詳細過程就是由上道原絲生產(chǎn)工藝產(chǎn)出PAN原絲，經(jīng)過送絲架濕熱預牽伸后，由牽伸機器依次傳送到預氧化爐，經(jīng)過數(shù)臺預氧化爐群的不同梯度的溫度烤化后，形成氧化纖維即預氧絲；預氧絲經(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碳絲。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)品的質量。碳纖維生產(chǎn)工藝流程長，技術關鍵點多，生產(chǎn)壁壘高，是多學科、多技術的集成。

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