碳纤维的分类介绍

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按照原料体系：碳纤维主要分为粘胶基、沥青基和聚丙烯腈（PAN）基三大种类，其中PAN基碳纤维因其生产工艺简单、成本较低、力学性能优良等特点，已成为当今世界发展最快、产量最高、品种最多、应用最广的一种碳纤维，碳纤维市场占有率高达90%以上。

粘胶基碳纤维的原材料是纤维素，经纺丝制备纤维素后进行预氧化处理和碳化处理形成粘胶基纤维。其制备工艺与PAN基碳纤维有所不同，在预氧化之前需要进行水洗和催化浸渍过程，而之后的预氧化过程是将有机纤维变为无机纤维的关键。由于生产粘胶基碳纤维的工艺流程较长，工艺条件苛刻，碳化吸收率低（理想值为44.4%，但实际值仅有10%-30%），成本高，不宜大规模生产，综合性能劣于PAN基纤维，随着60年代PAN基和沥青基碳纤维的出现而逐步萎缩，目前产量不足全球总产量的1%。但其碱金属以及碱土金属离子含量低，在隔热、耐烧蚀等方面有着不可替代的用途，主要用于军事和航空航天领域，不会完全淘汰出局。

沥青基碳纤维原料一般为可纺沥青，主要是石油沥青和煤沥青，也可以由聚氯乙烯裂解得到。可纺沥青含碳量高达80%以上，可以用来制备碳纤维，但其软化点低于120oC，在生产碳纤维之前必须进行调制和改性预处理，制备软化点在250oC以上的高软化点沥青。各向同性的沥青原料经过不同方法的预处理之后，可制备成通用性纺丝沥青和中间相沥青。通用级沥青呈各向同性的结构，生产成本低，所制备的碳纤维力学性能不高，一般用作民用和制备活性炭纤维。中间相沥青结构呈各向异性，用于制备高性能碳纤维。沥青基碳纤维原料来源丰富便宜、理论成本最低、碳吸收率高（80%~90%），然而其强度较低、产品重复性差，实际高性能沥青基碳纤维成本反而高于PAN基碳纤维，应用领域受到一定的限制。其具有优良的传热、导电性能和极低的热膨胀系数能满足特种市场如宇航部的需要，同时显示有望降低价格形成大规模生产的可能。

PAN基碳纤维原料为丙烯腈（AN），并通过聚合、纺丝、预氧化、碳化、石墨化等多个过程制备PAN基碳纤维，碳化吸收率较高（50%~60%）。PAN纤维是生产高性能碳纤维最有前途的前驱体，利用其制备的碳纤维综合性能最好、生产工艺成熟简单、应用最广、品种最多，是目前全球碳纤维市场的主流，产量占全球碳纤维总产量的90%以上。

三大类碳纤维性能对比

根据碳纤维束单丝数量：碳纤维可以分为小丝束和大丝束两种。单丝数量在24K及以下的称为“宇航级”小丝束，如1K、3K、6K、12K和24K，单丝数量在48K及以上的称为“工业级”大丝束，如48K、60K、120K、360K和480K，其中K代表1000根单丝。小丝束工艺控制要求严格，生产成本较高，但丝束越小制造出来的产品越轻薄，性能越高，主要应用于航空航天、军工等高端领域，大丝束工艺要求相对不那么严格，生产成本较低，主要应用于汽车、风力发电等工业领域，未来其性能有望得到进一步地改善。

目前日本在小丝束碳纤维生产方面占有绝对的优势，主要被东丽、东邦和三菱丽阳三家企业垄断，而欧美在具有发展前景的大丝束碳纤维生产方面优势明显，主要有美国卓尔泰克Zoltek和德国西格里SGL。不过在2013年日本东丽收购美国第一大大丝束生产商Zoltek，成功进入大丝束碳纤维领域，成为碳纤维领域当之无愧的霸主。

全球小丝束碳纤维市场份额

全球大丝束碳纤维市场份额

按照力学性能：碳纤维分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型，强度越大越不容易拉断，模量越大越不容易弯折变形。由于日本东丽公司一直处于碳纤维领域的主导地位，其生产的系列产品代号自然而然成为了业界的比对指标，分为高强“T”系列和高模“M”系列，例如T300、T400、T700、T800、T1000、T1100以及M30、M40、M50、M60等，后面的数字越大对应的等级越高。理论上碳纤维的抗拉强度可达180GPa，抗拉模量可达1000GPa，虽然日本东丽公司已经研制出抗拉强度9GPa的高强碳纤维，以及拉伸模量690GPa的高模碳纤维，但两者尤其是拉伸强度还有很大的发展潜力。

不同型号碳纤维对比