3 国外的碳纤维发展状况
日本是PAN基碳纤维的发源地,是碳纤维生产和应用大国。在20世纪60年代初,伴随着碳纤维问世的同时, 日本的碳素公司就实现了通用型PAN基碳纤维的工业化生产。因为其起步较早,加上研究的又较深人,因此碳纤维的技术一直遥遥领先。在20世纪90年代初期开始对超高强度碳纤维、中空碳纤维、气相生长线型和卷绕纤维及一种用于电池中的高电导碳纤维等新型碳纤维进行研究。现已制得强度达3820MPa,弹性模量230GPa的超高强度碳纤维;尺寸为l~3nm,直径3~12nm的中空碳纤维,并已实现工业化生产;由东丽公司生产制得的碳纤维织物,其单位质量为l12g/m2, 在碳化工序中,经向和纬向的收缩率都为16%,即具有良好尺寸稳定性可用于生产高电导率织物的碳纤维;东邦公司制成了低微毛碳纤维短丝网及其PAN基(非织造布)原丝和制备,该原丝满足氧键含量10%~17%,纤维长度25~65mm,厚度0.2~4.0mm,织物的单位质量为50~420g/m2,磷含量3×10-7-2.5×10-6,微毛≤1.0mg/g,采用渗碳XRD测定结晶尺寸为1.3~3.5mm。该碳纤维网一般用于隔热体、隔地和绝缘体上。
日本的碳纤维发展一直处在世界的前沿,不仅在物理、化学性能方面有所突破,它们的聚丙烯腈基碳纤维的产量位居世界第一,其相关产品几乎垄断了世界市场。日本碳纤维工业发展之所以引人注目,不仅表现在碳纤维产业的发展方面,而且也表现在有许多出版物、专利和碳纤维新产品不断问世等方面。另一方面,日本的东丽、东邦、三菱等公司的激烈竞争也促进了日本碳纤维的进一步发展。
有关碳纤维的专利除了日本最多外,其次就是英国,可见英国的聚丙烯腈基碳纤维的发展也是很快的。如克莱门森大学和弗吉尼亚聚合工艺研究所组成的合资公司研究出了一种低成本制造碳纤维原丝的方法,即用紫外固化制得低成本聚丙烯腈原丝(此法可以不使用溶剂,且适用于碳纤维制造。在聚丙烯纤维中添加光交联组分,可减少紫外固化的时间)。此外用一种多壁(multi-wal1)碳纳米管/聚丙烯腈(MWNT/PAN)的纳米复合材料,经静电纺丝成纤维,纤维在200。C的空气中氧化,在1400。C碳化,制得静电纺丝聚丙烯腈和多壁碳纳米管复合材料制得的新一代碳纤维。
美国在聚丙烯腈基碳纤维的性能研究较多,注重其实用性,如碳纤维经DMF液处理后,其抗张强度有所提高,削弱了纤维的直径,降低了表面缺陷,极大地扩大了其应用领域。聚丙烯腈三元共聚物经纺丝生成的前驱体通过紫外照射,易于碳化且稳定,大大降低了聚丙烯腈基碳纤维的生成成本,很有进一步推广的价值。
其它各国如韩国、法国、印度、澳大利亚等国也在不断地进行聚丙烯腈基碳纤维的研究,无论是为了国防等尖端技术还是为了民用,都是极具开发价值的,其市场也是可观的。