从技术角度看中国为什么量产不出好的碳纤维
来源：苏格拉伟
发表时间：
在强调节能环保的时代，轻量化是一个重要的主题，碳纤维的出现无疑给制造的可持续发展带来了希望。本文从原材料、工艺路线、制造设备和内外部环境来看我们国内做碳纤维的差在什么地方。
基本概念：
什么是炭化和石墨化？
【炭化】就是有机纤维在高温下裂解，逸出氢、氧、氮等小分子，最后留下碳元素的这么一个过程。这是一个碳元素占比增加的一个过程，有文献把碳元素占比增加到92%后才称为碳纤维。
【石墨化】就是碳材料内部碳原子在高温下进行重新排列，慢慢趋向于完美六元网格的一个过程。在碳纤维内部就是原先比较杂乱的碳原子排列次序慢慢趋向于规整排列的乱层石墨结构的过程。
把 碳纤维加热到1500℃，如果这个过程是一个碳元素聚集的过程，它就叫炭化；如果在这个温度下碳元素不再聚集保持在固定占比比例，而是碳原子排列趋向于规
整六元网格结构，那么它就是石墨化过程。所以炭化和石墨化没有明显的温度界限，哪一种趋势更明显就称为哪一种过程。不同的原材料在不同温度下的趋势是不一 样的，炭化和石墨化都是一个过程，不是最终结果，不要以温度来区分炭化和石墨化。
关于强度和模量。
将材料损坏所使用的最大力就是【强度】。如果是拉伸损坏就是拉伸强度，如果是弯曲损坏就是弯曲强度也叫抗折强度，如果是压坏就是压缩强度。【模量】就是将材料施加外力使其变形一定尺寸所用的力就。将材料拉长一定尺寸所用的力就是拉伸模量，同样还有弯曲模量和压缩模量。
什么是好纤维
要想知道为什么搞不好碳纤维先得知道什么是好的碳纤维。
首 先一根纤维应该是均匀直径，均匀物相，每一段纤维都与整根纤维一样，强度在一定范围内。在一根纤维上不同地方截取一段纤维，如果它们的强度比较均匀则是好
纤维。其次同一束纤维有n多根纤维，这些纤维的强度比较均匀则是好纤维。最后，所有纤维所有部分强度、模量和尺寸等性能均比较均匀达到标称标准就是好纤
我 标称3500MPa强度的碳纤维，每一根纤维和纤维每一段都符合要求，均匀分布在2000MPa，这也不叫好纤维。所以好纤维就是又均匀又标准。日本碳纤
维做的比我们好就是因为它们的碳纤维更接近这一标准。我们中国的碳纤维差就差在均匀性上了，标称T700的碳纤维有的纤维比T1000还高，有的还不如 T300。
中国为什么做不好碳纤维？
到底什么因素影响了碳纤维的均匀性，需要我们从原材料开始审视整个工艺路线。
第一，原材料
纤维状碳材料需要利用含有碳原子链的高分子进行炭化来得到。经常用来炭化的高分子有三种：纤维素（Rayon）、聚丙烯腈（PAN）、沥青（pitch），今天讲的是聚丙烯腈。如果原丝不均匀，里面含有很多杂质或者缺陷，这些缺陷就会传给碳纤维，所以要想造出好的碳纤维必须有好的原丝。
原 丝是怎么来的呢？是用聚丙烯腈进行纺丝做出来的。聚丙烯腈是粉末，首先将聚丙烯腈溶于一种溶剂，出于保密的考虑，我不会告诉你这种溶剂叫二甲基亚砜。聚丙
烯腈可以溶于这种溶剂，但是不能溶于水，但这种溶剂可以和水无限互溶。我们将聚丙烯腈与这种溶剂混合物通过类似淋浴似的喷丝头喷出来，喷到这种溶剂的水溶 液里，因为聚丙烯腈不溶于水，遇到水会凝固成一根根的聚丙烯腈原丝，这时候的原丝非常粗，同时原丝里面的溶剂要扩散出来，我们会通过n级溶液进行扩散。这 里的溶液浓度是逐级降低的，有利于溶剂向外扩散。等扩散完之后，原丝就会进入水洗阶段，这个时候在往前走的时候给它施加牵引力，原丝就会在牵引力的作用下
慢慢变细，最终通过致密化，然后收丝。为了防止纤维和纤维之间粘连，中间还需要弄上上浆剂。这就是整个原丝的生产流程，如果用的聚丙烯腈原材料不好或者不均匀，那么纺丝过程原丝必然会有很大缺陷。
都 知道聚丙烯腈是丙烯腈聚合起来的，这种丙烯腈聚合的时候还需要添加一些催化剂，把这些原料都倒入水中，让它们在水中聚合，聚合出来的聚丙烯腈不溶于水，于
是产生沉淀。将水过滤掉就得到聚丙烯腈。同时这个聚合过程是一种放热过程，所以必须慢慢调节原材料进入水的速度，让这个过程极可能缓和，同时还需要冷却， 防止过热。这个过程很难控制，水中有各种聚合单体，还有产生的沉淀物，很可能会发生某一种原材料在反应容器中分布不均匀，造成聚丙烯腈不能达到所要求的标
准。这就是原材料的影响因素，它们的反应机理还需要更系统的进行研究。
第二，制备工艺
从聚合时候的温度、流量、搅拌速度到纺丝时候各级凝固浴、水浴的温度、速度，还有预氧化、炭化等过程，碳纤维制备过程中的这些工艺参数怎么组合才能得到最好的碳纤维，是一个问题。
国 内基本上都是差不多主义，没有谁真正塌下心来去研究这些参数的每一项，一个参数造成的缺陷不算多，可能很多参数没有优化，最后的碳纤维就差了十万八千里
了。还有就是我们如果要优化这许多的参数，需要一个庞大的试验计划，有谁能有资金支持这些实验呢。为了尽早做出产品，都在不断妥协妥协，结果却造不出好产 品。所以制备工艺上，我们还需要有很多路要走，别看我们能做出号称T300水平、T700水平碳纤维，只是不是太均匀。要是能做产品性能均匀了，付出的努
力将n倍于造出差不多的产品。所以国内很多企业用便宜的价格卖差不多的产品也是无奈，因为日本均匀性好的碳纤维价格不会高太多，为了这不太多的差价去付出
几十倍的努力提高均匀性，企业会做这种事吗？
第三，制造装备
工 艺参数的调试需要制造设备来实现。想一想如果我们想试验不同牵伸率对碳纤维性能的影响，将工艺参数输入在控制器上，而牵伸辊却速度不稳定，还振动，那我们
还能做得好吗？别以为这个问题好解决，一个牵引机上好几个辊，速度都要调节好，关键是微振动，几乎测不到的震动都会影响产品性能。干喷湿纺工艺，喷丝头与 液面的距离是非常严格的，液面波动将会影响凝固效果。
高 温碳化炉温度均匀性怎么解决？怎么让纤维进入炉子的时候不被带入微量的氧气？预氧化炉温度梯度如何实现？热风如何循环才能最节能同时还能带走释放的热量？
氧气量如何控制······。这些都是非常细微的东西，却对设备提出极高的要求。不可否认我们国内设备这些年发展非常迅速，可是看看我们的领导人出访美 国，要求放宽对中国高端设备出口，就知道我们有多么的底气不足了。
第四，内外部环境
有 人可能知道日本碳纤维早期的价格吧，现在的价格远远低于原先价格。什么时候降下来的呢？就是在我们宣布能产业化生产T300水平碳纤维那几年。什么原因？ 是日本想跟我们竞争吗？不可能，日本人知道我们发展水平，它即使不降价我们也竞争不过他，我们无非能分走一些低端订单，根本无法动摇日本的垄断地位。日本
最主要的目的是打击投资者。
投 资者看准碳纤维发展前景和利润才决定投钱研究碳纤维的。如果碳纤维还是高利润，投资者必然会乐意投钱去做一些基础性研究，将眼光放长远些。但是看看现在做
碳纤维的苦日子，还不如做制品的过得好呢，谁还会继续投资啊，更别说长远眼光了。所以国家也很着急，也在大力扶持企业，原先很多企业为了国家扶持而上马项 目，从国家拿到不少钱，结果还是不行。
前 年工信部发布《促进碳纤维产业发展的意见》，明确表示重点扶持2-3家企业，这个思路是对了，但是对于基础性的研究，国家还得拿出更多的资金牵头去做。还 有，我们国家碳纤维产业链还不太完整，有一些本末倒置。整个行业健康的发展应该是下游拉动上游，而我国下游创新不足，大家都在模仿，卖产品，而缺乏定制化
的解决方案的能力。
未来国产碳纤维能发展到什么程度，需要每一个碳纤维人的努力，我们在做是因为我们相信明天会更好。
作者：苏格拉伟，如果您想和苏格拉伟交流，请加微信号：zahawe,或者关注碳纤维资讯微信平台
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新材料在线 版权所有 粤ICP备号净水器常见滤芯的材质及特点
净水器常见滤芯材质及特点汇总表分类材质特点作用PP熔喷滤芯以食品级聚丙烯为原料，采用国际通用的渐变径工艺生产，经过加热熔融，喷射、牵引、接收成型而制成的，纤维在热粘合过程中形成三维微孔结构,微孔孔径由内向外呈梯度分布，集表面、深层粗精滤为一体。外层纤维粗，内层纤维细，外层疏松，内层紧密的渐变径渐紧结构。独特的梯度深层过滤形成了立体滤渣效果，具有高孔隙率、高截留率、大纳污量、大流量、低压降的特点。PP熔喷滤芯 自身洁净度高，对水质无污染。耐酸、碱等化学试剂及有机溶剂的腐蚀。PP熔喷滤芯强度大，当过滤进出口压差为0.4Mpa时，滤芯不变形。过滤精度分为1微米和5微米。对原水进行初过滤，去除水中的悬浮物，泥沙，铁锈、胶体等物质，形成RO膜进水要求水。绕线滤芯其纱线材料有丙纶纤维、晴纶纤维、脱脂棉纤维等。由具有良好过滤性能的纺织纤维纱线精密缠绕在多孔骨架上精制而成的。缠绕时通过控制纱线的缠绕松紧度和稀密度，可以制成不同精度的过滤芯。能去除水中的悬浮物和颗粒杂质等。折叠滤芯采用聚丙烯热喷纤维膜、尼龙、聚四氟乙烯微孔滤膜等为过滤介质制作成的精密过滤器件。滤芯端盖密封及整体结构连接均采用热熔粘接，具有体积小，过滤面积大，精度高等优点。过滤精度从0.1微米到60微米。能够去除水中的可见颗粒物、悬浮物等。不锈钢网式滤芯不锈钢强度高，刚性好，精度均匀，能反复使用。过滤精度从30到80微米，能够去除水中的可见颗粒物、悬浮物等。颗粒活性炭滤芯（UDF）采用无毒无味高效椰壳活性炭和煤质活性炭作主体，在辅以食用级材料粘合剂，经特殊工艺加工成型。外壳用食品级ABS塑料，用超声波焊接技术粘合。吸附水中的有机物、化学农药、余氯、异色异味等。压缩型活性炭滤芯（CTO）采用碘质900以上的煤质性炭作为滤料。经过三次除硫铁加工处理，或以优质植物碳，加以食品级的粘合剂烧结压缩成形。压缩活性炭内外均分别包裹着一层有过滤作用的无纺布，确保炭芯本身不会掉落碳粉，炭芯两端装有柔软的丁腈橡胶橡胶密封垫，使碳芯装入滤筒具有良好的密封性。除去水的余氯、化学农药、异色、异味、并过滤细微杂质等。后置活性炭滤芯（T33）采用优质椰壳活性炭为滤材。部分产品优质活性炭滤料载银处理，利用的银原子的杀菌原理对净水机纯水管路杀菌抑菌，确保水质安全卫生。吸附水中的杂质和异味，改善水的口感，消除异味。陶瓷滤芯常采用天然硅藻土烧制而成。可反复刷洗或用砂纸打磨，前置过滤时精度高，寿命长。能够去除水中的细菌、微细颗粒杂质、病毒等。超滤膜滤芯（UF）多为聚氯乙烯、聚醚砜和聚丙烯腈等。介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。能够去除水中的蛋白质、细菌、胶体、悬浮物等。纳滤膜滤芯（NF）常见材质为聚酰胺、醋酸纤维等。是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其对水压要求比反渗透膜低，在较高的入户水压条件下（大于0.25MPa）即可无动力高效运行。能够去除二价以上的离子、痕量挥发性有机物、三致物质等。反渗透膜滤芯（RO）常见材质为硝酸纤维素、醋酸纤维素和聚酰胺。利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点。去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子。离子树脂滤芯是一种多孔的、不可溶交换材料。树脂滤芯的再生原理是稀盐水溶液流经树脂，与载有钙和镁离子的树脂小珠接触。尽管钙和镁离子带有的电比钠离子强，但浓盐溶液含有千百万个较弱电荷的钠离子，有取代数目较少的钙和镁离子的能力。当钙和镁离子被取代（交换后），最终，交换位置全被钠离子占据。主要用于硬水软化、脱盐水、纯水稀有元素抗菌素提练分离等。KDF滤芯高纯度的铜锌合金材料。通过电化学氧化—还原（电子转移）反应有效地减少或除去水中的氯和重金属，并抑制水中微生物的生长繁殖。能够去除水中氯、有机化合物、重金属、防止致癌物质三卤甲烷的产生等。　 　净水器技术服务热线： ，官网： ，微信公众号：mkn508，关注美凯诺微信公众平台，获取更多精彩美文！
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