碳纖維是一種非常獨特的材料。憑借其高強度、高剛度和低重量，它們為各行各業提供了一系列創新的輕量化解決方案：從航空航天到汽車的超輕車身組件，電動汽車電池盒，再到自動變速器摩擦片等等。但碳纖維的原材料是什么？在本期文章中，SGL Carbon業務部門碳纖維技術負責人Andreas Wöginger博士將會介紹碳纖維前驅體的制造過程。

 

碳纖維是由什么制成的？

 

Wöginger：“碳纖維的生產是一個高科技制造過程。原材料也就是所謂的前驅體是一種白色的聚合物纖維，自2016年以來，SGL Carbon公司一直在位于拉夫拉迪奧的葡萄牙工廠生產，這里有兩條紡絲線用于生產碳纖維的前驅體。”

 

什么是前驅體？它是如何產生的？

 

Wöginger：“初，前驅體類似于紡織合成纖維。這一切都始于塑料行業中常見的聚合物——聚丙烯腈（PAN）。聚丙烯腈是生產碳纖維的理想前驅體材料，因為它具有規則的聚合物結構和極高的碳收率。由這種材料制成的細纖維，即所謂的PAN前驅體。”

 

這個步驟是如何實現的？

 

Wöginger：從頭說起，PAN的基礎是單體丙烯腈（AN），它與適當的共聚物一起，在反應器中產生白色顆粒，然后分離和洗滌，將粒料干燥后加工成粉末，即：PAN聚合物。這種聚合物與溶劑混合，形成一種漿液，然后通過帶有50000個超細開口的噴絲頭，將漿液壓入溶液浴中，隨后紡出纖維。在進一步的過程中，纖維經過多次洗滌和干燥，經過幾個浴槽和大量滾筒。在生產線的末端，機械臂輕輕地將由成千上萬條單絲組成的線完全自動地放入巨大的盒子中。這些盒子被運到港口，從那里他們橫跨大西洋，沿著太平洋到達美國西北角，隨后這些前驅體纖維被進一步加工成碳纖維。”

 

為什么先驅體的質量如此重要？

 

Wöginger：“前驅體是所有下游生產步驟的基礎。在這個階段，我們確定了各種類型的纖維的路徑，并從這些方向出發提供定制化的解決方案。我們為后期碳纖維提供了在生產前體時所需的性能?？梢愿鶕枰{整前驅體，從而改變產品的強度和剛度。前驅體已經定義了纖維的數量、直徑和形狀以及表面特性等特征。”

 

SGL的前驅體有什么特別之處？

 

Wöginger：“關鍵是實現了50K規格與高拉伸強度相結合。50K表示碳纖維由50000根單絲組成。我們能夠用自己的前驅體纖維實現非常高的拉伸強度。這些性能甚至足以滿足航空航天行業的需求。前驅體需要一個精確定義的晶體結構，以便以后能夠生產出具有優異拉伸強度的碳纖維。要獲得這種結構，必須嚴格控制幾十個參數：溫度、混合比、壓力值……我們控制得越好，客戶獲得的性能和質量就越高。生產工藝在質量和生產率方面不斷優化。由于強大的創新能力、不斷優化的工藝和專家的卓越貢獻，我們能夠在很短的時間內開發出自己的前驅體產品，這給SGL帶來了巨大的競爭優勢，使我們成為唯一真正的歐洲碳纖維制造商。通過將我們的碳纖維以輕量化產品的形式用于風力渦輪機葉片或電動汽車，這也有助于減少碳排放。”（主要參考來源：SGL Carbon）