日本新工艺将碳纤维生产速率提高10倍

据《日本经济新闻》1月18日报道，日前，由日本东丽、帝人、三菱丽阳和东京大学等组成的研究团队开发出一种新的碳纤维量产工艺，较传统工艺的生产速度快10倍。日本的碳纤维产量占全球市场份额的60%。该团队开发出易于加工的新原料聚合物，并设法改进了加热方法，简化了生产工序。据悉，新工艺可使生产过程中的能源消耗和二氧化碳排放减半。

 

碳纤维是一种通过高温加热丙烯纤维后使其碳含量达到90%以上的纤维材料。该团队研发出在高温环境下不易熔化的丙烯纤维，无需再进行防止熔化的准备工序。传统工艺使用熔炉进行加热生产，新工艺则用电磁波照射纤维进行直接加热，缩短加热时间的同时削减了能源消耗。

 

电磁波碳化技术简介：

 

电磁波碳化技术是指在大气压下，利用电磁波加热技术对纤维进行碳化处理。



得到的碳纤维性能与高温加热生产的碳纤维基本相同，弹性模量可以达到240Gpa以上，断裂伸长率也在1.5%以上，这在世界范围内首次获得成功。



此次开发的碳化技术，在对PAN基耐热纤维丝束（12000—24000根）进行碳化处理时，首先对其纤维结构形成过程仔细调查，然后对碳化过程中纤维状物质的电磁波加热方法进行检讨，寻找合适的电磁波照射方式。



利用电磁波对纤维状物质进行碳化处理，这样一来就不需要高温加热用的炭化炉设备。这一过程不仅缩短了碳化所需时间，同时也降低了能量消耗，减少了CO2的排放。




电磁波碳化技术

 

碳纤维制备工艺流程：

 

碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。

 

聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。



原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。



碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。