辽宁诺科高模高导热中间相沥青基碳纤维工业生产线正式投产！

2019年8月,辽宁诺科碳材料有限公司20吨/年高模量(高导热)中间相沥青基碳纤维(MPCF)工业化生产线正式投产,将为航空航天、高端制造等领域提供关键材料支持,同时满足全球相关行业对高模量、高导热、高导电中间相沥青基碳纤维产品不断攀升的需求。辽宁诺科碳材料有限公司此次投产的中间相沥青基碳纤维生产线是我国首次突破中间相沥青基碳纤维的工业生产技术,填补了我国在此领域的空白。

2019年9月4日上午,诺科公司参加在上海世博展览馆举办的第25届中国国际复合材料工业技术展览会,并在展览会上举行“中间相沥青基碳纤维”新闻发布会。同时,诺科公司也在新闻发布会上公布了目前产品性能。现今,诺科公司可提供模量500Gpa-800Gpa/导热系数300-600W/km的中间相沥青基碳纤维。

辽宁诺科碳材料有限公司位于抚顺市高新区。其研发团队自2008年就开始了以石油产重芳烃为原料,制备中间相沥青及其碳纤维的研发工作。

中间相沥青基碳纤维以重质芳烃为原料,重芳烃通过原料精制、缩聚形成中间相沥青前驱体,再经熔融纺丝、氧化、碳化、石墨化等一系列流程后成为高性能中间相沥青基碳纤维。它与传统聚丙烯腈基碳纤维在原料、结构及性能特点上都有很大区别,中间相沥青基碳纤维最突出的性能是超高模量、超高导热及导电性,更适合应用于卫星天线、火箭喷嘴、飞行器高刚度面板、飞行器电磁屏蔽防护系统等重要部位,也可用于机器人手臂、大型工业罗拉、压力容器、电子产品热管理、LED热管理等,是发展高端装备制造业的重要战略物资。

沥青基碳纤维的研究开始于20世纪50年代末期,60年代初由日本群马大学研制成功,70年代美国UCC开发成功中间相沥青基碳纤维(高性能沥青基碳纤维),80年代初实现工业化,目前主要生产商包括日本三菱、日本石墨纤维和美国氰特。

鉴于中间相沥青基碳纤维在航空航天以及现代高端装备领域的重要意义,日美两国对中间相沥青基碳纤维生产技术严格保密封锁,产品也对包括我国在内的许多国家禁运,很多国家的研究机构都曾尝试开发这种纤维,但效果并不理想。

我国十分重视这种纤维的开发研究工作。近几十年一直投入科研力量开发中间相沥青基碳纤维,这种努力延续至今,尚有众多的科研机构、企业在不懈努力。得益于中国工业技术水平的提高,前人研发积累的宝贵经验,以及诺科团队的不懈努力,诺科碳材终于实现了中间相沥青基碳纤维的国产化技术突破。

由于中间相沥青基碳纤维的制造采用廉价的重质芳烃为原料,中间相沥青基碳纤维具有很大的低成本化潜力。低成本的中间相沥青基碳纤维可更广泛地应用于轨道交通、汽车轻量化、IT制造业机器人、建筑补强、体育、民用等领域。

辽宁诺科碳材料有限公司坚持从中间相沥青合成做起,每一道工艺、每一步流程从无到有,一步一个脚印,逐个实现突破。诺科碳材更大规模的生产装置也进入前期筹备阶段。

沥青基碳纤维原料主要是石油沥青和煤沥青,而煤沥青又有两种一种是从煤焦油中提取的煤沥青另一种是从煤中直接提取的煤沥青。许多天然及合成的有机物,在无氧存在时,当其表面流过氮气或者二氧化碳等惰性气体并与300℃-500℃温度范围内进行热处理后,高分子化合物以及含有的低分子化合物将发生分子断裂和缩合等一系列反应,生成以芳烃为主,分子量大小在一定范围内的大分子,他们具有可塑性,能够纺织成纤维,经过氧化能够使其不熔化,继而碳化成碳纤维。

首先300在℃-500℃进行热处理天然或者合成的有机物,得到沥青状物,然后进行热处理加工,除去低沸点馏分,改变其组成和平均分子量,然后将沥青在氮气鼓泡下于380℃干馏一小时,然后再在减压蒸馏,得到合适的原料。接下来进行溶剂抽取,将石油沥青中的低分子量的饱和组分抽取出来,然后进行加氢处理,在加氢催化剂存在条件下400℃和500公斤每立方厘米压力下加氢。然后进行树脂化和添加树脂及其他化合物得到原料。

纤维生产程序大致如下原料预处理一调制改性得到各向同性沥青或各向异性沥青一熔融纺丝一不熔化预氧化处理一惰性气氛下高温碳化或石墨化处理一沥青基碳纤维产品。常用的纺丝方法有挤压式,离心式等等,这里不再赘述其操作方法,不熔化采用液相氧化或者气相氧化或者二者相结合处理。碳化可在惰性气体中进行,通常升温速度在500℃以下5℃/min,然后再此温度下保持15-30分钟,在1000℃以上,升温速度为5℃/min 。

由各向同性沥青制得的碳纤维是低能级碳纤维即通用级,而由各向异性沥青中间相沥青制得的是高能级碳纤维。如何把各向同性的普通沥青转变成各向异性的中间相沥青,这是生产高性能级沥青碳纤维的关键。同时,由于纺出的沥青碳纤维不熔化处理是通过化学反应来实现的,因此还要求原料具有一定的化学反应性。且碳化和石墨化时,要考虑碳的收率和石墨化性能,故沥青原料在纺成纤维之前要进行适当的调质改性处理,以调整其化学组成和结构。