原絲
關注創建者：晉源貔貅 創建時間：2018-09-26
原絲的實例教程
近日，吉林化纖集團完成首批120噸48K大絲束碳纖維原絲出口訂單，得到客戶的充分認可，這也是國產48K大絲束碳纖維原絲首次批量走出國門。鳳凰環氧樹脂904https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48238.html
2017年7月，吉林化纖研發團隊開始研究48K大絲束碳纖維原絲。企業借鑒24K原絲生產經驗，對原液流程實施改造，對關鍵裝備技術進行升級。歷經一年時間，2018年7月，成功開發出48K碳纖維原絲的聚合、紡絲工藝技術，形成了千噸級48K碳纖維原絲技術工藝包，試生產出48K碳纖維原絲。從產品面世到質量穩定，吉林化纖集團研發團隊先后攻克了線密度控制難、水洗效果不均勻、原絲強度不穩定等難題。
48K原絲面世后，第一時間到吉林精功碳化生產線進行氧化、碳化試驗，上下游聯合攻關，從小試、中試到批量碳化，反復調整、驗證，2018年8月17日終于實現100束48K碳纖維原絲順利通過碳化。經測試，48K碳纖維拉伸強度達到4000MPa，拉伸模量達到240GPa，層間剪切強度達到60MPa。至此，吉林化纖真正意義上生產出了國內首批48K大絲束碳纖維。
為了順利將48K碳纖維原絲打入國際市場，增強企業競爭實力，吉林化纖集團不斷優化紡絲工藝配方、完善設備狀態，使48K原絲的各項指標持續提升。小試生產樣品發給國外客戶后，2019年1月接到了首批120噸的出口訂單。
目前，客戶反饋產品碳化通過性和質量指標完全滿足生產需求，并表示將與吉林化纖簽訂下一批訂單，這也標志著吉林化纖集團48大絲束碳纖維原絲成功打入國際市場。
展開 如圖：
碳纖維產業鏈上游從原絲到碳纖維整個過程，需要經過氧化爐、碳化爐、石墨化爐、表面處理、上漿等工藝，將以聚丙烯腈結構為主的原絲經過碳化等工藝變為以石墨纖維結構為主的碳纖維。
碳纖維產業鏈上游屬于石油化工行業，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。
碳纖維的生產流程主要包括：拉絲、牽伸、穩定、碳化、石墨化。如圖：
拉絲：這是碳纖維生產過程中的第一步，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，熱力學處于穩定狀態。
碳化：需要在溫度1千到2千度，將PAN中非碳元素驅除，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2千到3千度，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。
碳纖維從原絲生產工藝到制成品的詳細過程就是由上道原絲生產工藝產出PAN原絲，經過送絲架濕熱預牽伸后，由牽伸機器依次傳送到預氧化爐，經過數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；預氧絲經過中溫、高溫碳化爐后形成碳纖維；碳纖維再經過最終的表面處理上漿、干燥等工藝得到碳纖維成品。
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碳纖維產業鏈上游從原絲到碳纖維整個過程，需要經過氧化爐、碳化爐、石墨化爐、表面處理、上漿等工藝，將以聚丙烯腈結構為主的原絲經過碳化等工藝變為以石墨纖維結構為主的碳纖維。
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碳纖維產業鏈上游屬于石油化工行業，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。
碳纖維的生產流程主要包括：拉絲、牽伸、穩定、碳化、石墨化。如圖：
拉絲：這是碳纖維生產過程中的第一步，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，熱力學處于穩定狀態。
碳化：需要在溫度1千到2千度，將PAN中非碳元素驅除，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2千到3千度，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。
碳纖維從原絲生產工藝到制成品的詳細過程就是由上道原絲生產工藝產出PAN原絲，經過送絲架濕熱預牽伸后，由牽伸機器依次傳送到預氧化爐，經過數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；預氧絲經過中溫、高溫碳化爐后形成碳纖維；碳纖維再經過最終的表面處理上漿、干燥等工藝得到碳纖維成品。
展開 大小絲束其實是兩個不同的世界：ZOLTEK原絲有一個獨特的價值，世界上似乎沒有第二家這么商業化運行，通過對腈綸老生產線的局部改動來生產原絲，其他原絲企業，即使還擁有腈綸產業，也是參考了腈綸技術，新建生產線制造原絲的，這里面有個資本折舊的成本差異；東麗公司，如無重大技術革新，就現有的技術路線，在日本本土不太可能做到比ZOLTEK更低的成本，即使是當今大絲束技術水平最高的三菱麗陽，也很難在日本做到ZOLTEK原絲的低成本，而東麗的小絲束沒有這樣嚴酷的成本壓力；沒有碳纖維成本的優勢，就不太可能與汽車、風電應用聯姻。多年來，東麗在汽車復材下了巨大的工夫，但商業化的成效并不顯著，眼睜睜看著SGL在汽車領域、ZOLTEK在風電領域風光無限；東麗對市場的預測是很客觀的：工業應用的碳纖維用量會遠遠超高航空航天、體育器材這些傳統應用，如果不對ZOLTEK收購，ZOLTEK保持正常發展，很可能在2020年產量就能反超東麗，成為世界第一。收購之后，東麗占據這大小絲束兩個世界，霸主地位牢不可破。
眾所周知，東麗在T700為主的傳統市場，一直承受著全球幾乎所有的碳纖維企業的競爭，各家企業都在步步蠶食這個傳統市場，價格競爭愈演愈烈。東麗已經將絕大部分T700的產能轉移到韓國去生產，以獲得更多的成本優勢；去年11月，東麗宣布Z600產品系列計劃，利用ZOLTEK在墨西哥的低成本原絲生產技術，開發小絲束，性能高于大絲束，但低于小絲束的產品。Z600的亮點是低成本，這個項目大約2018年底建成，我們預計：Z600將對以T700的市場（傳統的碳纖維市場）的所有競爭對手一輪血雨腥風的清洗。對于中國市場，2017年消耗的23,487噸中，有85%的市場屬于這個傳統市場，對于這一輪東麗的打擊，國內碳纖維企業該如何應對？
展開 新工廠位于南卡羅萊納州Spartanburg市，掌握紡絲、碳化、預浸一條龍工藝，產品覆蓋原絲、碳絲和預浸料。新工廠目前正在建設中，將于2017年年內順次展開生產工作。東麗方面透露，年內將提出具體的擴產方案，以響應現有航天航空領域之外，來自汽車和工業領域對常規絲束高強度碳纖維的增長的需求。
此外，東麗還將擴大旗下負責生產大絲束碳纖維的卓爾泰克公司的產能。到2017年年底，卓爾泰克將逐漸開始墨西哥工廠產能，直至產能倍增并超過1萬噸。此次擴產完成后，卓爾泰克的全球總產能將從現在的1.5萬噸擴大到2萬噸。目前，以風電為代表的諸多應用領域對大絲束碳纖維的需求越來越大，在以中國、印度為代表的亞洲市場長期處于供應不足狀態。在填補這些供應缺口之外，此次擴產還將為汽車行業可以預期的需求增長做好提前準備工作。為此，東麗甚至也做好預案準備，同時擴大卓爾泰克匈牙利工廠產能。
在2017年2月9日公布的企業中期戰略規劃中，東麗將碳纖維復合材料事業確定為“戰略擴展”類業務，將通過進一步整合資源推動其快速擴張，使常規絲束和大絲束碳纖維在更多領域得到更加廣泛的應用。
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原絲的最新內容
09
結構功能一體化石墨烯纖維
浙江大學高超、許震團隊與清華大學馬維剛教授團隊（共同通訊）合作，利用先前建立的溶劑插層塑化的效應對初生的氧化石墨烯纖維進行二次塑化拉伸，大幅度消除石墨烯原絲中的無規褶皺結構。
由于高壓氫氣具有較大的危險性，在濃度較高的情況下容易引起爆炸，屬于特種裝備，因此國家對儲氫瓶用碳纖維的質量要求較高，大部分儲氫瓶使用的碳 纖維復合材料原材料為 T700 及以上的碳纖維原絲，屬于高性能碳纖維，具有較高的行業壁壘：
技術壁壘高、護城河深。碳纖維原絲以及復合材料的生產企業技術壁壘高、護城河深，主要體現在三個方面：配方壁壘、 工藝壁壘和工程壁壘。
手工制作：1.原絲拉拔; 2.清洗原絲 3.繞制螺紋 4.沖斷5.開槽 6.清洗 7.烘干定型 8.檢測 9.入庫 10.包裝
二、二、全自動加工：1 原絲拉拔p; 2.清洗原絲 3.全自動加工; 4.清洗 5.烘干定型 6.檢測 7.入庫 8.包裝。
歷經一年時間，2018年7月，成功開發出48K碳纖維原絲的聚合、紡絲工藝技術，形成了千噸級48K碳纖維原絲技術工藝包，試生產出48K碳纖維原絲。從產品面世到質量穩定，吉林化纖集團研發團隊先后攻克了線密度控制難、水洗效果不均勻、原絲強度不穩定等難題。
生產用于寶馬汽車制造的碳纖維增強復合材料需要以下幾個步驟：首先，生產聚丙烯腈纖維原絲——由西格里集團和riben三菱人造纖維公司在riben大竹的合資公司生產。第二步，在摩西湖工廠將聚丙烯腈纖維轉化為真正的碳纖維。第三步，由位于德國瓦克斯多夫的第二個合資工廠將碳纖維加工成不同類型的編織材料。最后，這些碳纖維織物被運往蘭茨胡特和萊比錫的寶馬工廠，用于汽車零部件的生產。
甚至，很多企業到現在，PAN原絲生產還要高價進口東麗公司的DMSO溶劑，屬于照貓畫虎形的“自主生產”。多數廠家的產品質量批次差異性較大，纏結、斷絲時有發生，合格的PAN原絲生產量不過100噸/年，達不到基本規模經濟水平。產業布局和關鍵技術的把握，都有很大的提升空間。這是PAN原絲和碳纖維生產層面的原因。
但由于碳纖維“全產業鏈”的“長且雜”特性，涉及多個環節的原料、技術、裝備、人才等方面配備要求，目前國內仍沒有企業能夠完成碳纖維“全產業鏈”的布局，即橫向“原絲-碳纖維-碳纖維復合材料-碳纖維復合材料部件成品”外加縱向“研發-設計-制造-測試”產業鏈。
但是碳纖維畢竟是一項被發達國家壟斷的高科技技術，因此它的全球絕對產能是非常低的，每年只有4萬多噸而已，僅能滿足一定量的工業需求，這還沒計算材料的各種加工以及良莠品質，碳纖維原絲生產和高強型碳纖維制造可不是一回事兒。
Fraunhofer推出PAN基碳纖維原絲熔融紡絲新工藝 Fraunhofer應用聚合物研究所近期展示了最新的ComCarbon技術，可大大降低量產碳纖維的生產成本。
傳統的PAN基碳纖維原絲無法熔融，必須用一種昂貴的溶液紡絲工藝生產出來，成本非常高。而新工藝采用了一種特別研制的可熔融PAN基共聚物，能夠將原絲的生產成本降低60%。
短切碳纖維填充熱塑性塑料是通過標準FFF（FDM）打印機進行打印，由熱塑性塑料（PLA，ABS或尼龍）組成，這種熱塑性塑料由微小的短切原絲進行增強，即碳纖維。 另一方面，連續碳纖維制造是一種獨特的打印工藝，其將連續的碳纖維束鋪設到標準FFF（FDM）熱塑性基材中。
短切碳纖維填充塑料和連續纖維制造雖然同樣使用碳纖維，但它們之間的差異十分巨大。
