国内外PAN原丝生产两大纺丝技术情况及本材料主要缺陷说明

 导读：国内外PAN原丝生产两大纺丝技术情况及本材料主要缺陷说明。分子量及其分布是 PAN 聚合物重要的性能指标，其不仅直接影响纺丝液流变性和可纺性，还在一定程度上影响 PAN 原丝的性能和质量，具有较高的分子量以及适合的分子量分布是生产优质 PAN 原丝的基本要求。 

参考《2016-2022年中国纺丝机产业竞争调研与发展前景分析报告》 

        分子量及其分布是 PAN 聚合物重要的性能指标，其不仅直接影响纺丝液流变性和可纺性，还在一定程度上影响 PAN 原丝的性能和质量，具有较高的分子量以及适合的分子量分布是生产优质 PAN 原丝的基本要求。在以上几种 PAN 聚合物良好溶剂中，以 DMSO 为溶剂纺丝得到的 PAN 原丝产量最大。不过有时混合溶剂对高聚物的溶解能力甚至比单一溶剂要好。 

        表 1：全球主流厂商 PAN 原丝制备路线 

        纺丝技术：目前国内外生产 PAN 原丝主要采用湿法纺丝和干喷湿法纺丝两种方法。 

        湿法纺丝的喷丝口被完全浸入到凝固浴中，纺丝液经喷丝孔挤出细流直接进入凝固液形成丝条，是一种历史悠久、技术成熟的纺丝方法，具有简单稳定、易控制的优点，目前国内碳纤维生产研制单位普遍采用湿法纺丝制备 PAN 原丝。 

        干喷湿法纺丝是在湿法纺丝基础上发展起来的，纺丝液从喷丝口出来先经过几毫米的干段空气后再进入凝固浴形成丝条，在干段空气层发生的物理变化有利于形成致密化和均质化的丝条，但该方法技术难度非常大，几毫米干段空气不容易稳定控制，目前仅有少数几家企业真正掌握了该技术，在提高生产效率、降低生产成本和减少缺陷结构方面具有一定的优势，是生产高性能 PAN 原丝最好的方法之一。 

        图 1：湿法纺丝和干喷湿法纺丝装置

        表 2：湿法纺丝和干喷湿法纺丝对比 

        PAN 原丝的两大致命缺陷：毛丝和粘连。 

        碳纤维作为一种脆性材料，其强度主要受制于缺陷结构的尺寸和数量，缺陷尺寸越大、数量越多，碳纤维的强度就越低，而碳纤维的大部分缺陷结构来自于 PAN 原丝，其中毛丝和粘连是两种影响最为严重的缺陷，在规模化生产中须严格防范。 

        毛丝产生的直接原因是在纺丝过程中受到机械伤害，根本原因在于纤度不匀、存在细丝，相比正常原丝的强而韧毛丝显得软而弱，毛丝会给后续预氧化和碳化过程带来极其不利的影响，导致碳化吸收率下降和最终碳纤维性能恶化，在 PAN 原丝生产中需要严控毛丝的产生。 

        表 3：正常原丝和毛丝力学性能比较 

        图 2：PAN 原丝缺陷之一毛丝 

        粘连是由数根单丝黏结在一起形成的，是尺寸最大、危害最大的缺陷，纤度越小丝束 K数越大产生粘连的可能性就越高，相应防止粘连产生的技术难度就越大。粘连的原丝在预氧化、碳化处理时会导致碳纤维丝束力学性能恶化，形成巨大孔洞，甚至直接熔断导致无法进行正常生产，是最致命的缺陷。需要通过优化凝固条件和上油工艺，才能有效避免粘连的产生。 

        图 3：PAN 原丝缺陷之二粘连 

资料来源：公开资料，中国报告网整理，转载请注明出处（TYT）