一节课程+这四十个问题，让你了解中间相沥青基碳纤维产业发展

在2019年12月初，工信部印发的《重点新材料首批次应用示范指导目录（2019年版）》中，首次将中间相沥青基碳纤维加入到关键战略材料中。

为了更好的了解中间相沥青基碳纤维的行业发展，5月18日，DT新材料&材视 在线课程 特邀刘怀成老师做了关于《中间相沥青基碳纤维的特性应用和工程化制备》的相关线上分享课程。

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经典

问答

1. 高导热中间相沥青基碳纤维在5G领域中的应用前景如何？

刘老师在5G领域的应用关注的不太多，在集成电路里（大规模、高功率、小体积）散热领域的应用应该非常广阔的。

2. 国内现在沥青基碳纤维的产品如何？产业化发展的时机如何？

目前国内最多只是一些企业或者科研单位向航天企业提供了一些样品（没有达到产品的程度，产品目前还没有），有的样品指标可以达到航天应用指标的基本要求，有的目前还不是特别好。

刘老师个人认为，目前国内研发基础和产业基础，包括下游客户的应用基础都比较好了，目前是产业化发展比较好的一个时机，但是工艺技术的因素占比是非常重的，如果要做产业化的话，还是要看技术力量，技术储备到底如何！

3.做GDL使用效果怎么样？
刘老师这边目前还是专注于纤维的研发，目前关注点还是如何提高纤维本身的性能，目前没有做GDL相关的数据或经验。

4.高能辐照用于PAN基碳纤维预氧化，也能用于中间沥青基CF吗？

从原理来讲应该是可以的，包括用微波加热，应该都是可以的。但是，目前刘老师团队也没有进行相关的研究。

5.日本的沥青基碳纤维是用的石油沥青吗？

据刘老师这边了解的信息，在09年以前，大部分还是用的萘合成沥青，后续应该主要用的煤沥青。

6.请问美国阿莫科公司的P系列成本大概多少呢？

P系列产品的性能指标也是不同的，从P25到P10S，性能规格都不太相同，高端的产品成本不超过1000美元，可能更低，据说美国国家无偿向这家公司提供原料。

7.沥青的裂解温度在多少，纺丝用沥青的软化点有多少，熔程大概多大？

这个裂解温度应该是值得中间相沥青的，这个应该不能叫裂解温度，应该叫分解，在纺丝过程中发现，在达到一定温度后（软化点在270-280 °C）纺丝温度在360 °C之后，就会有很多轻质的小分子气体出来。纺丝用沥青的软化点，期望控制在230-260 °C之间，但是工艺和原料不同，现在国内的话，一般做出来是在265-290 °C之间。适合纺丝区间一般是10-15 °C之间。

8.沥青基相对PAN基除了模量更高外还有什么优势？

沥青基最大的一个优势就是高导热，另外就是膨胀系数是负的。

9.沥青基碳纤维原丝最终碳化后的得率有多少？

中间相沥青基碳纤维原丝最终碳化后的得率应该在70%-84%之间。

10.国内成熟的沥青基碳纤维有哪些？

国内低性能的沥青基碳纤维，有几家企业已经在做了。像鞍山塞诺达、山西鸿特，他们的产品主要用于保温毡、隔热材料等。高性能的中间相沥青基碳纤维目前还没有成熟的产品。

11.调制沥青过程中，如何调控沥青中各组分的优化配比，即可以有可纺性，最终碳纤维的性能达到预期效果？

有一个整体的原则：杂质相对少一些。各组分的配比，刘老师个人建议，最好芳烃类的含量高一些（四环、五环的芳烃多些），另外纯碳的芳烃相对于杂环的芳烃多些。

12.沥青原丝的性能对最终碳纤维的影响控制程度如何？

这个是绝对性的。如果中间相不是很好，纺丝过程中，里面的取向，结构排列以及直径的控制不是特别好，那么后面的预氧化、碳化以及石墨化过程中牵伸控制的再好，最后碳纤维的性能也不会太好

13.碳纤维石墨化工艺的评价标准是什么？

第一是针对设备的标准，温区装备要合理，恒温区要足够长，满足石墨化过程中的停留时间 然后就是绝对温度要比较高，最好的澳2700-2800 °C。石墨化之后对于纤维的评价标准，模量最好在600以上，导热的话能在500以上。

14.中间相沥青碳纤维截面结构劈裂情况，如何避免？

这个涉及技术相关问题，可以私下聊！

15.经过热处理工艺处理，碳纤维内部微观结构的演变，哪些特征参数决定碳纤维材料性能得高低？如晶粒，晶界面等对模量，强度，导热的影响？

具体的晶粒，晶界面等对模量，强度，导热的影响，这个问题不太适合在这里讲。

16.沥青基碳纤维的单丝直径多少？能做到PAN基碳纤维那样吗？

一般单丝直径控制在10-15微米，如果想做到PAN基5-7微米的话，这对纺丝条件要求比较高，一般10-15微米已经可以达到产品的预期性能要求。

17.中间相沥青石墨纤维中的褶皱结构，对纤维性能的具体影响

褶皱结构对于强度的影响不是特别大，最影响的是纤维的导热性能。

18.看一下设备费？

关于投资成本，这部分可以单独发

19.分别用中间相沥青炭纤维和针状焦做石墨相比有哪些异同点？

问题有点不明确，后面可以再具体聊

20.国际中间相沥青基碳纤维的产能有多少？国内有多少产能？

首先，国内没有产能！国际上，现在美国宣称的是290吨（这个可能比实际的少）。日本两家加起来1230吨左右。

21.泡沫碳如何应用？

这个可以私聊！

22.请问催化油浆做碳纤维的探索，你们做过吗？

国内目前基本是这个工艺路线，刘老师在这方面花费的时间也是最多的。

23.产业化的中间相什么指标？是以石油系渣油做原料吗？

是的，刘老师团队目前控制的指标是中间相含量大体上在95%以上，软化点是在280 °C左右。灰分控制在100ppm以下。

24.贵单位制备的沥青石墨纤维，最好的导热性能，对应的强度是多少？

实验室做出来的导热性能能到800W/(m·K)多，模量接近900 GPa，强度测试2.8 GPa左右

25.关于碳纤维制备工艺，现在有什么进步啊？

这个问题比较宽泛，后续可以进一步沟通。

26.和石墨材料比优势明显吗？

这个需要看应用方向，在散热方面，优势明显。

27.中间相沥青的原料主要指标要求是什么？

1.灰分尽可能低，最好50ppm以下， 芳烃含量（四环、五环的芳烃）相对高些，最好能在75%以上。

28.请问催化裂化油浆做高强高模碳纤维试过吗？

试过的，催化裂化油浆主要的朝向还是高模高导的方向。但是，中间也做出来过高强高模的碳纤维

29.请问，高性能中间相沥青的原料（油浆）的必须控制的指标有哪些？控制范围？还有沥青制备过程中的关键过程控制点是哪些呢？

油浆控制的指标之前已经讲了，中间相沥青制备过程中的关键过程控制点不是特别多，温度、压力、共氢量、时间。

30.垂直纤维方向指标怎么样？使用时有什么提高层间指标方法？

垂直纤维方向导热性不太好

31.纺丝纤维能不能更细，像pan的5微米，7微米？

这个问题刚刚已经回答了。

32.匹配树脂有要求吗？

目前还没有到这个地步，还没有研究到跟树脂的匹配，这一块应该是下游的用户单位需求用那种树脂，然后上游针对开发。

33.请问中间相纺丝油剂的指标主要控制指标有哪些？大概在什么范围呢？

中间相纺丝油剂的指标不方便讲，简单评价一下，一个是表面张力，另外一个是与特定纤维原丝的接触角，两个方向考虑。

34.碳纤维石墨化的核心科学问题为哪些，结晶度还是致密度？

肯定不是致密度，结晶度是考量的一个因素，但不是关键指标

35.加张力和不加张力，强度能差多少？

这个过程中是必须加张力的，不加张力的实验做的很少，特别是石墨化过程中不加张力，这种实验基本上没有做过。预氧化和碳化过程中，加张力和不加张力，强度能差0.4-0.8，这个相差是很大的。

36.中间相沥青基碳纤维的市场价多少？比高强高模型PAN碳纤维(MJ系列)相比，价格上有优势么？

中间相沥青基碳纤维这一块目前国内还没有市场，国外拿样品，价格基本是8-10万/kg，跟PAN基相比，价格完全没有优势。

37.中间相碳沥青纺丝过程中，主要控制指标是什么呢？温度？粘度？

压力和温度（温度已经决定了在这种温度下的粘度了），另外一个就是牵伸比。

38.中间相沥青基碳纤维原丝预氧化控制指标有哪些？如含氧量？体密度？

一般情况下，目前刘老师这边主要检测含氧量和稳定性。

39.中间相沥青基碳纤维，国际上日本两家公司和美国一家公司做的比较好，国内哪家技术能力比较强？代表国内技术水平？

这个不太好评价！

40.请问射频石墨化的能耗怎样，相比于电阻加热能降低多少呢

可以降低30-40%！

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