碳纖維是一種含碳量高于90%的無機高分子纖維,它具備優異的的物理和化學性能,被譽為 21 世紀的“黑色黃金”,在國防軍工及民用領域均有廣泛的應用前景,是不可或缺的國家戰略性物資。下面我們來看看碳纖維當前的幾種主要分類。
圖表1:碳纖維 碳纖維常見的分類方式主要有原絲類型、絲束規格、力學性能分類: 圖表2. 碳纖維分類 1)按原絲類型分類 從原絲類型劃分,碳纖維主要可以分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。三者的主要原料分別為丙烯腈、瀝青和人造絲。其中,聚丙烯腈(PAN)基碳纖維生產工藝相對簡單,而且產品兼有碳材料和紡織纖維的優良特性,自 20 世紀 60 年代問世以來,逐漸成為碳纖維行業發展的主要領域,占碳纖維總量 90%以上。目前碳纖維一般指聚丙烯腈(PAN)基碳纖維。瀝青基碳纖維原料調制復雜、產品性能較低,目前規模較小。粘膠基碳纖維碳化收率低、技術難度大、設備復雜、成本高,產量較小,主要用于耐燒蝕材料及隔熱材料。PAN 原絲經歷預氧化、碳化、石墨化三個過程,最終轉變成為具備片狀的石墨纖維結構。 圖表3.碳纖維原絲類型 圖表4.各類型碳纖維原絲占比 2)按絲束規格分類 碳纖維可以分為小絲束和大絲束,小絲束性能較好、價格較高:按照每束碳纖維中的單絲根數,碳纖維可以分為小絲束和大絲束,絲束大小用 K 表示,12K 指每束碳纖維中含有 12,000 根單絲。小絲束:1K-24K。小絲束:1K、3K、6K、12K、24K 為主,性能與成本較高,多用于航空航天以及體育產品中附加值較高的下游領域,如國防軍工以及體育用品。大絲束:40K 以上(48K、50K、60K 為主),性能與成本相對較低,多用于建筑、交通、工業、能源等行業。 業內產品分類主要參考東麗牌號:碳纖維因其優異的力學性能作為增強材料而廣泛應用,因此業內主要采用力學性能進行分類,主要的力學性能指標是拉伸強度和拉伸模量。拉伸強度材料產生最大均勻塑性變形的應力,其單位為 MPa,國際上以 T(Tense)值表示碳纖維的拉伸強度,常見類型有T300、T700、T800、T1000、T1100。拉伸模量材料在拉伸時的彈性,其單位為 GPa,國際上以 M (Modulus)值表示碳纖維的拉伸強度,常見類型有 M40、M60 等。 國標GB/T26752-2020,PAN 基碳纖維分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型四類:公司為聚丙烯腈基碳纖維國家標準 GB/T26752-2020、GB/T26752-2011 的主要起草單位。按照現行聚丙烯腈基碳纖維國家標準GB/T26752-2020 的力學性能分類,PAN 碳纖維分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型四類。 碳纖維的性能具備多樣性,同樣的原料,不同的配比,制作出來的產品性能就可能有很大差別。隨著碳纖維逐漸被深入的研究認知,它的分類方式也將隨之發生科學的變化。 參考文獻: [1]中復神鷹 產能快速擴張,龍頭地位穩固.中銀證券.2023. [2]碳纖維行業深度 新能源高景氣等推動需求高增,技術突破和產能擴張加速國產替代.中銀證券.2023. 此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯,部分數據來源于網絡資料。文章不用于商業目的,僅供行業人士交流,引用請注明出處。