缪黎燕 缪黎丽
宜兴市飞舟高新科技材料有限公司 江苏 无锡 214213
摘要：本文概述了大丝束碳纤维的简介、发展和当前的发展状况，并分析了与大丝束碳纤维的实际制造中面临的技术瓶颈，以及未来的发展建议。大丝束碳纤维以低成本的专用聚丙烯腈长丝为原料纤维，已经指出它具有较高的性价比，广泛用于休闲运动器材、基础设施、工业应用等等。我国的碳纤维生产主要是小丝束碳纤维。大丝束碳纤维在展纱过程中的应用和渗透效果仍需要技术上的进步。未来的丝束碳纤维应从建立大丝束碳纤维的生产标准，改善展纱分布器和改善浸渍性开始。由于树脂体系的粘度和大丝束碳纤维的相容性，产品质量从而提高。
关键词：大丝束碳纤维；发展现状；技术瓶颈
大丝束碳纤维通常是指具有多于48 000（即48 K）碳纤维的。1K、3K、6K、12 K和24 K碳纤维称为小丝束碳纤维。在90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，无法大规模使用。在90年代中后期，大丝束碳纤维技术取得了重大进步，拉伸强度达到3600 MPa，不仅超过了它们，而且降低了成本。同时，在大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。近年来，中国在大规模牵引碳纤维制造技术上取得了长足进步，但与日本和美国的碳纤维发电厂相比，发展水平仍存在较大差距，还有很长的路要走。
一、大丝束碳纤维简介
碳纤维是一种高性能纤维材料，在高温环境下会被有机纤维分解并碳化，从而形成碳含量超过90％的碳主链结构。它具有优异的性能，例如重量轻、强度高、弹性模量高、耐腐蚀性、低膨胀性和耐疲劳性。新一代的增强材料（通常是碳纤维）不能直接使用，而应与基质结合使用，形成复合材料。由于其优异的性能，碳纤维复合材料被广泛用于该国的各个生产领域，例如航空航天、武器、运动、休闲、建筑加固和运输。当前，世界上可以以工业规模生产的聚丙烯纤维（PAN）基碳纤维有三种：沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维，其中PAN基碳纤维占绝对优势。沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维产量很小。
从60年代开始进行基于PAN的碳纤维创新开始，到现在，市场一直将小丝束碳纤维碳纤维用作其主要产品。过去虽然生产了大丝束碳纤维，但是由于它们的低拉伸强度和与小丝束的大间隙，大丝束碳纤维没有受到太多关注并且未被广泛使用。直到90年代中期，大丝束碳纤维技术在达到甚至超过3600 MPa的拉伸强度方面都取得了长足的进步，并且制造成本不断降低。大丝束碳纤维应用的整体产业链技术我们也取得了突破，两种碳纤维已经达到发展的“春天”。与小丝束碳纤维相比，大束碳纤维具有以下特点。首先，原料来源广泛，价格低廉。PAN基大束碳纤维前体的原料是私有PAN纤维，其来源广泛，价格比PAN基小束碳纤维的PAN原料便宜得多。其次，高性价比。大丝束碳纤维中使用的民用PAN前体的价格相对较低，但制成的大丝束碳纤维的性能与大丝束碳纤维的性能相近，且价格远低于大丝束碳纤维。因此，性价比远远高于小丝束碳纤维。大丝束碳纤维对初步准备的需求较少，并且降低了制造成本。由于它通常用于工业产品和私人产品，因此具有广泛的用途。相对较小丝束碳纤维需要更高的制备度和更好的性能。
二、我国大丝束碳纤维发展及现状
目前，中国的碳纤维主要是小纤维束，但近年来，工业领域对碳纤维的需求显着增加，因此中国开始了大丝束碳纤维的生产。工业碳纤维对碳纤维价格敏感，对碳纤维的性能要求不如航空航天和军事工业高。因此，从产业升级和经济的角度来看，它比大丝束碳纤维复合材料具有更大的市场。随着大家对大丝束碳纤维的重视，我国大丝束碳纤维在国内的发展将越来越快。经过不断的努力，我国在丝束碳纤维的生产上也取得了一些突破。对大丝束碳纤维下游复合材料应用的要求也在不断加强。通过将大丝束碳纤维复合材料应用于压力容器，降低压力容器的成本，大大降低了制造高压气瓶大丝束碳纤维的成本，这些下游消费量的增加将积极带动我国大丝束碳纤维的快速发展。
三、我国大丝束碳纤维生产技术瓶颈
（一）缺少相应的技术标准
关于生产和性能测试，我国目前的标准主要是基于小丝束碳纤维设计的。
大丝束的性能测试和表征方法仍然是空白，缺乏对准确测试和测试数据的支持，增加了研发难度。大丝束碳纤维没有技术标准，由于大丝束碳纤维和小丝束碳纤维中所含的碳纤维的数量不同，因此当通过用环氧树脂浸渍来制备样品时的浸渍程度是不同的。机械性能测试结果是准确的，并且较大的影响，测试过程中的负载系数、样品设备的设置以及加固板的要求会导致测试结果有所不同，从而可能导致较大的偏差。大丝束碳纤维的机械性能和真实值的测试结果，机械性能是碳纤维的重要性能。客观准确地评估碳纤维的机械性能不仅可以保证下游客户，而且对于碳纤维制造商控制和改善其制造工艺也具有重要的参考意义。
（二）原丝油剂质量不过关
原丝油剂是碳纤维生丝制造过程中必不可少的重要辅助剂，并在原丝表面形成膜以保护生原丝。油剂质量差会在制造过程中导致股缝、粘连和表面损坏，从而在预处理过程中导致碳纤维前体和纤维表面缺陷。氧化工艺，会降低最终碳纤维的性能。外国相关公司严格遵守关于碳纤维原丝油剂配方的保密性和技术封锁。我国的油剂的研发和生产才刚刚开始，其效果还远不及特别粘稠的国外油剂，油剂时间存储需要改进。
四、我国大丝束碳纤维的发展建议
（一）改进展纱设备
改进展纱设备，以充分扩展大丝束碳纤维本身，促进渗透和成型。与小丝束碳纤维相比，大丝束碳纤维在展纱的过程中会折断或粘附长丝，经常导致纱线和毛发，这不仅破坏了纱线的外观，还导致了纱线的整体强度。降低了刚性，降低了产品稳定性，并降低了生产效率。因此，有必要改进纱线展纱装置，以使大丝束碳纤维本身可以完全均匀地散布，从而获得有益于渗透和加工的稀疏效果。针对这一问题，国内学者和公司对展纱理论和展纱装置的改进进行了大量研究。在展纱理论研究方面，提出了一种新的多辊机械稀疏技术，以研究不同形状的辊组合对大丝束碳纤维的受力状态和可能的纤维运动状态；损伤和纤维分布。直径分布曲线的曲率和不同的纤维张力对减薄后的减薄效果，研究结果为改进大丝束碳纤维展纱设备提供了理论依据。
（二）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、企业和科研院所加强合作与合作，开展技术创新，加强企业间的伙伴关系，集中技术能力，积极参与各方面的技术研究和创新活动，参与和选择生产的重点和难点。大丝束碳纤维工艺技术创新的重点是克服技术问题，例如在大丝束碳纤维生产的预氧化过程中采用集中放热控制技术、薄层化技术、展纱、上浆剂和油剂等。大丝束碳纤维产业准备了生产技术，并通过技术创新促进了我国的发展。
（三）加强上下游产业链的沟通交流，提高产品之间的匹配度
碳纤维产业链长，过程复杂，技术控制节点众多。上下游产业链需要加强技术交流与交流。上游制造商需要主动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联系，以提供所需的产品。上游PAN原材料制造商、大丝束碳纤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也对下游复合材料产生重大影响。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现象，质量更高，性能更高，因此鼓励生产满足需求的产品，促进了大丝束碳纤维产业的快速发展。
结语：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，实现高效生产、节能和低成本，因此需要专注于研究，帮助我国大丝束碳纤维产业的长远发展。
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