缪黎丽 缪黎燕
宜兴市飞舟高新科技材料有限公司 江苏 无锡 214213
摘要：我们将主要介绍大丝束碳纤维的特点，以及大丝束碳纤维的发展状况和问题，在预氧化过程中，由于缺乏相应的技术标准，控制技术不成熟，展纱技术薄弱，油剂质量差，上浆剂主要是进口和上下游产业链脱节等问题。最后，给出了相应的建议。提供政策支持，加强上下游产业链之间的沟通，提高产品配套性，加强产学研合作，积极推动技术创新，形成大规模动力，加快碳纤维技术标准的制定。
关键词：大丝束碳纤维；发展现状；面临的问题
前言：大丝束碳纤维通常是指具有多于48 000（即48 K）碳纤维的碳纤维。1 K，3 K，6 K，12 K和24 K碳纤维称为经线丝束碳纤维。在1990年代中期之前，大丝束碳纤维的拉伸强度始终为2000 MPa，因此比强度较低，因此无法大规模使用。在1990年代中后期，大丝束碳纤维技术取得了重大进展。拉伸强度达到3600 MPa，不仅超过了它，而且降低了成本。同时，在大丝束碳纤维预浸料的生产中已经取得了重大进展。大丝束碳纤维将成为碳纤维行业中最有前途的品种，并将逐步取代原始的小丝束碳纤维的某些应用。
一、大丝束碳纤维的特点
与小丝束碳纤维相比，大丝束碳纤维有很多特点，主要包括以下两个方面：
1.采用成本较低的民用聚丙烯腈（PAN）丝作为原丝。碳纤维原丝的制备是碳纤维开发和生产中最重要的技术之一。只有高性能的原丝才能生产出高质量的碳纤维。大丝束碳纤维使用低成本的专用PAN细丝作为原丝。用于制造小丝束碳纤维的特殊原丝几乎相同。但是，价格大约是小丝束碳纤维特殊原丝的四分之一，并且原丝的价格通常约占碳纤维制备成本的60％。因此，大丝束碳纤维的价格仅为小丝束碳纤维价格的50％至60％。
2.具有较高的性能价格比。在国外，碳纤维的性能通常通过其价格性能比来衡量，即每美元的强度，模量，比强比模量。与小丝束碳纤维相比，大丝束碳纤维的性价比高得多。
二、产业发展现状和存在问题
近年来，大丝束碳纤维比小丝束碳纤维便宜得多，因此受到了国外公司的广泛关注，并得到了飞速发展。
某英国公司于1970年代后期首次对大丝束碳纤维进行了研究。1985年，成功开发了48K以上的大丝束碳纤维，其性能与T300相同。到1990年代，该公司在研究具有3200至3800 MPa抗拉强度的大丝束碳纤维方面取得了飞跃，从而显着降低了成本，并且大丝束碳纤维已在许多领域逐步开发，小丝束碳纤维已被替换。
某美国公司曾经是世界上最重要的大型牵引车制造商之一。 它于1980年代开始生产两种大型碳纤维，并于1990年代收购了匈牙利和墨西哥的两家丙烯酸纤维制造商。但是，它在2014年被一家日本公司收购。这是目前是世界上最大的碳纤维制造商。2014年收购美国公司后，进入了大丝束碳纤维业务，并不断提高了大丝束碳纤维的生产能力。从当前的1.3 x 104 t / a增加到2.6 x 104 ta。日本公司也在增加对大丝束碳纤维生产的投资。近年来，日本公司不断增强其在大丝束碳纤维市场上的垄断地位，并已成为世界碳纤维发展的支柱。
但是到目前为止，我国的碳纤维生产仍以小丝束碳纤维为主，国内大丝束碳纤维的发展水平与国际先进水平仍存在差距。 但是，由于国内相关公司的不断努力，我国在大丝束碳纤维的生产上也取得了长足的进步。
在工业水平上，我国开发制造的大丝束碳纤维预浸料生产线攻克了展平等一系列难题，并且90％的零件已本地化。国产碳纤维制造设备在生产规模和精度上都达到了新的水平。
在技术层面，2018年，我国石化有限公司已成功开发出一套完整的48 K大丝束碳纤维聚合，纺丝和氧化碳化工艺技术。所生产的大丝束碳纤维具有出色的表面结构和界面性能，而且价格便宜。
尽管我们在国内外大丝束碳纤维相关技术上已取得了长足的进步，但在实际生产和应用中，大丝束碳纤维仍存在许多问题。
在生产方面，由于缺乏针对大丝束碳纤维的明确生产标准，研发变得极为困难。与小丝束碳纤维原丝相比，大丝束碳纤维原丝的制备，聚合，预氧化，碳化和其他制备技术更加困难。主要问题是丝束均匀度不稳定，毛丝比例高和碳化环节毛丝凸显等问题。
另外，大丝束碳纤维的应用存在许多技术问题。其中，需要解决的主要问题是线程传播过程和渗透的影响。与小丝束碳纤维相比，大丝束碳纤维聚集在一起，展开效果不好，纤维难以均匀渗透，纤维的粗细和质量难以满足产品结构的要求。 在扩散过程中，大丝束碳纤维很容易出现纱毛，导致纤维损坏和混乱，影响生产效率和产品外观，无法有效地转变材料性能并破坏产品性能。
三、我国大丝束碳纤维的发展建议
（一）给予政策支持
碳纤维生产属于技术壁垒高，资本投资高，市场非常集中的行业。世界上很少有公司拥有真正的大丝束碳纤维的研发和生产能力。我国大丝束碳纤维维的生产才刚刚开始，仅依靠公司和市场的力量很难实现大丝束碳纤维的快速突破。因此，需要一个强有力的国家政策支持来建立一个涵盖原纱生产，碳纤维纺丝和预处理的系统。渗滤液生产和复合材料应用的整个产业链，建立上下游产业技术联盟，协调促进整个行业的共同发展，以及发展一些主要依靠它的主要公司。与主要工程领域，大学，研究院所共同研发的碳纤维产业发展体系，以多种经济因素作为牵引力，建立具有国际影响力的大丝束碳纤维公司。
（二）加强上下游产业链的沟通交流，提高产品之间的匹配度
碳纤维行业拥有长产业链，复杂的流程和许多技术控制节点。上下游产业链需要加强技术交流与交流。上游制造商需要积极主动地了解下游工艺对产品性能的要求，下游复合材料和产品公司也积极与大丝束碳纤维制造商和所需产品建立联系，需要积极地将产品的要求主动对接。上游PAN原料制造商，大丝束碳纤维维制造商和下游复合材料制造商需要加强沟通和交流。只有高质量的PAN原料才能生产高质量的大丝束碳纤维。相应的大丝束碳纤维的质量很重要，并且对下游复合材料具有重要意义。通过响应下游需求将下游的整个产业链连接到上游，上游企业可以更好地解决上游过剩和下游不足现象，生产质量更高，性能更高，更符合下游需求的产品，促进了大丝束碳纤维产业的快速发展。
（三）加强产学研协同合作，大力促进技术创新
由于碳纤维工业是国外的技术高度封闭的产业，因此必须由我国独立解决大丝束碳纤维生产中的技术问题。高校，公司和科研院所加强合作，开展技术创新，加强公司之间的伙伴关系，集中技术能力，积极参与各利益相关方的技术研究和创新活动，选择大丝束碳纤维生产工艺流程中的重点和难点进行集中技术攻关，技术的重点是克服技术问题，例如大丝束碳纤维生产中的预氧化过程中的集中放热控制技术，纱线铺展和稀化技术，上浆剂和油，树脂浸渍和预浸料生产技术的突破。通过技术创新推动我国发展的大丝束碳纤维产业已迎头赶上。
（四）加快大丝束碳纤维技术标准制定
技术标准是相互遵守科学研究，设计，过程，检查和其他技术工作的技术基础。标准不仅可以提高企业的生产和运营效率，而且可以进一步促进高科技，新技术和大规模生产的持续改进。在1980年代初期，日本引入了与小丝束碳纤维有关的生产技术的测试标准，促进了日本碳纤维技术和工业的发展，并迅速实现了大规模生产。因此，有必要尽快制定小丝束碳纤维复丝弹性和耐磨性的制造技术试验标准，促进小丝束碳纤维生产的规模化工业化，促进对新技术的投资。改善小丝束碳纤维质量的新工艺，稳定的大规模生产，改进的性能，提高的生产率等，提供了强大的技术支持和数据支持。
结语：综上所述，大丝束碳纤维具有成本低，性能高，价格比高，产品优势明显的特点，因此其发展吸引了全世界的目光。针对当前全球基于PAN的碳纤维生产能力的现状，制造商注重基础研究，不断改进生产技术，提高产品质量，提高生产效率，节约能源，降低成本等，需要集中精力进行研究，以帮助我国大丝束碳纤维产业的长远发展。
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