NEDO開發(fā)新工藝使碳纖維生產(chǎn)效率提高10倍

[編輯:Cyx]  [發(fā)布時間:2016-02-01 11:02:44]  [中國紡織報]

　　日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO），2016年1月14日開發(fā)出了新工藝，使聚丙烯腈（PAN）類碳纖維的生產(chǎn)效率比舊工藝提高了10倍。而且還能減少生產(chǎn)所需能量及CO₂排放量。

　　碳纖維主要用作碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料（CFRP）的強化劑，其代表用途為飛機。而最近，以高價位車型為中心，汽車車身等的采用也在推進(jìn)。CFRP價格昂貴，因此以汽車業(yè)界等為中心降低價格的要求十分強烈。妨礙CFRP降低價格的問題之一，是碳纖維原材料昂貴及生產(chǎn)效率較低。

　　原來的PAN類碳纖維制造工藝大致由4道工序組成：

　?。?）將融解于溶劑中的PAN制成絲狀PAN纖維的“制絲”；

　　（2）在將PAN纖維碳化前，預(yù)先要實施熱處理使之氧化，以提高耐熱性的“耐火化”；

　?。?）高溫加熱、碳化耐火化后的PAN纖維的“碳化”；

　　（4）“表面處理”。這一制造工藝的瓶頸是（2）耐火化工序。該工序很難管理，一次性處理大量的PAN纖維很難。

　　以往制造工藝是將制絲后的PAN纖維，在空氣中以200-300℃加熱30-60分鐘來做耐火化處理的。之后再將處理后的PAN纖維以1000-2000℃加熱使之碳化，最后再實施表面處理，制成碳纖維。

　　提高了生產(chǎn)效率的新型制造工藝，利用新開發(fā)的“溶劑可溶性耐火聚合物”去掉了耐火化工序。溶劑可溶性耐火聚合物容易紡成絲，具備耐火性。由于在制絲階段就已具有了耐火性，因此無需再在制絲后作耐火化處理。溶劑可溶性耐火聚合物能以服裝用低價位PAN作原料，添加溶解促進(jìn)劑和氧化劑來制造。

　　在省去耐火化處理的同時，碳化方法上還開發(fā)了可使用微波直接加熱的新技術(shù)。這樣就無需再使碳化爐保持高溫。而且還可縮短碳化所需要的時間。

　　在表面處理上，也開發(fā)了利用等離子體的新技術(shù)?？珊喕砻嫣幚淼墓に?，與以往方法相比，可將表面處理工序所需要的能源減少約50％。

　　此次的制造工藝，是在NEDO以汽車重量減半為目標(biāo)的材料及接合及技術(shù)綜合開發(fā)項目“革新性新構(gòu)造材料等研究開發(fā)”中，以東京大學(xué)為中心，與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、東麗、帝人、東邦特耐克絲（帝人集團(tuán)）、三菱麗陽共同開發(fā)的。上述4公司2014年在PAN類碳纖維領(lǐng)域握有全球65％的份額。

　　今后將要實現(xiàn)該制造工藝的工業(yè)化，現(xiàn)正在工廠作實證實驗。還將開發(fā)可使碳纖維實現(xiàn)高強度及粗徑化的技術(shù)。NEDO開發(fā)新工藝使碳纖維生產(chǎn)效率提高10倍