中国致力于发展碳纤维材料

聂德平 · 发表于 2009-10-14 17:23:47

2009-9-27

图：碳纤维耐温最高达摄氏一千二百度，可用作保温、隔热材料，是石棉布的理想替代材料碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料，在国际上被誉为「黑色黄金」。地位上升有价无市碳纤维继石器和钢铁等金属后，被国际上称为「第三代材料」，因为用碳纤维制成的复合材料具有极高的强度，且超轻、耐高温高压。碳纤维是目前世界上首选的高性能材料，具有高强度、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种独特而优异的性能，正逐步征服和取代传统材料，具有十分广泛的应用领域和发展空间。目前不仅已被广泛应用于航天、航空和始终处于科技最前沿的军事领域，在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域也有著无可比拟的优势。权威专家认为，碳纤维的出现是世界材料史上的又一次革命。目前，只有日本、美国、德国等少数国家可以做到产业化生产。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。中国发射「神六」飞船，碳纤维就立下了很大功劳。随著碳纤维在高科技领域地位不断上升，它的价格也直在线涨，目前日、美等国的碳纤维在出产时的成本价格每公斤不过合一千元人民币，但到达中国时，价格却已是三千六百多美元，而且现在还越来越呈现出「有价无市」的行情。生于辽宁大连的萧忠渊在二○○○年设计安装了具有自主科研能力的内地第一条碳纤维生产线，并通过了国家「863」专家组鉴定。现在他所在的大连兴科碳纤维有限公司是中国第一个碳纤维产业化基地，综合生产能力国内第一，世界排名第十一位。萧忠渊被誉为中国「碳纤维掌门人」。　说萧忠渊是个「奇人」不为过。以年产量二百吨左右的碳纤维为例，他自主研制的生产线在用电方面的指标要求是四百千伏安，一年下来，附属材料费不超过一百五十万；而美、日同类生产线的用电指标是二千二百五十千伏安，一年的附属材料费高达一千多万元。　另外，即使是一些国家出口到中国的质量很低的碳纤维原料，萧忠渊都能用这些原料生产出与国际同类产品相差无几的高强度、高性能碳纤维。民用领域作用更大萧忠渊解决了具有耐热梯型结构的有机预氧丝经过高温热处理转化为含碳量在百分之九十二以上的无机碳纤维的技术问题。实现这一转化的关键设备是碳化炉，其核心技术是宽口碳化炉及其配套的迷宫密封、废气排除和牵伸系统。对于ht级碳纤维生产线，炉口宽度需在一米以上，而且要正压操作，就需非接触式迷宫密封装置；为使热解废气不污染纤维，排除系统要畅通而瞬时排出；牵伸系统则是制造高性能碳纤维重要手段。生产碳纤维的碳化炉，包括炉衬、保温层、发热体，其特殊之处在于在炉膛上方设有吸附带，吸附带的两端经炉衬延伸至炉外，拉动吸附带，可使其一部分从炉膛内移出，另一部分进入炉膛内。特点是：在炉膛内设置吸附带可以有效地吸附焦油且不易脱落，同时还可以将积存有焦油的吸附带移出炉外进行清洗，因此该碳化炉可以生产出各种规格的碳纤维丝。「其实，在当前的国际环境下，碳纤维在民用领域的作用更大。」萧忠渊说。用碳纤维原料制成的取暖器更省电，热量更高；用碳纤维原料制成的水管加热模和地面及墙壁，可以节省很多的供暖费用；用碳纤维原料制成的车体，可以减轻车辆很大一部分重量。萧忠渊介绍，碳纤维可通过高分子有机纤维的固相碳化或低分子烃类的气相热解来制取。目前世界上生产销售的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯?纤维的固相碳化制得的。其产生的步骤为A预氧化：在空气中加热，维持在二百至三百度数十至数百分钟。预氧化的目的是使聚丙烯?的线型分子链转化为耐热的梯型结构，以使其在高温碳化时不熔不燃而保持纤维状态；B碳化：在惰性气氛中加热至一千二百至一千六百度，维持数分钟至数十分钟，就可生成产品碳纤维。所用的惰性气体可以是高纯的氮气、氩气或氦气，但一般多用高纯氮气；C石墨化：再在惰性气氛（一般为高纯氩气）加热至二千至三千度，维持数秒至数十秒钟；这样生成的碳纤维也称石墨纤维。中国首个碳纤企业萧忠渊长期从事高性能碳纤维及其复合材料领域内的科研转化工作，经过多年虚心求教和不断探索，终于攻克了中国碳纤维专业化、产业化生产的难题，并在大连投资创立了内地第一个碳纤维产业化企业──大连兴科碳纤维有限公司。这家企业拥有高强度PAN基碳纤维自主知识产权，生产碳纤维的关键设备碳化炉，于二○○二年获得中国国家知识产权局的实用新型专利证书，他们还编制了中国第一部高强度「PAN基碳纤维标准」。中国碳纤维专家赵稼祥认为，目前兴科公司拥有的年产量八百吨的生产能力，已是中国最大的碳纤维生产企业，产品各项技术指标已达到国外同类产品先进水平。大连兴科碳纤维的产品已开始被国家大型军工企业批量使用。此外，他们还开发了多项碳纤维下游产品，并与大连理工大学等国内科研院所、军工企业、国家重点实验室进行了密切协作。中国工程院院士杜善义等人认为，大连碳纤维专案的建立可以进一步整合现有资源，做强、做大碳纤维产业，加速现代产业对传统产业的更新换代。

小白菜 · 发表于 2009-10-14 17:30:20

听说过，楼主有资料吗

聂德平 · 发表于 2009-10-17 09:50:13

哈哈，没有的，我不是搞材料的，只是有新的材料出来比较关心啊。看看能不能为我所用啦。

asdcp · 发表于 2009-10-19 08:46:01

搞设计的得随时关注新东西出现

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