在碳纖維的世界里，PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維是兩種截然不同的材料，它們各自有著獨特的特性和應(yīng)用場景。最常見的碳纖維是PAN基碳纖維，占碳纖維總產(chǎn)量的95%以上。

PAN基碳纖維轉(zhuǎn)化率在50%至55%之間，主要因其適中的模量和高拉伸強度而被廣泛用于結(jié)構(gòu)增強。相比之下，瀝青基碳纖維的轉(zhuǎn)化率約為80%或更高，能夠達到遠超PAN基碳纖維的模量，同時在導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性方面也表現(xiàn)出色。

PAN基碳纖維生產(chǎn)過程中，由于碳產(chǎn)率較低，需要配置更大的廢氣處理系統(tǒng)。PAN和瀝青的廢氣成分差異很大，PAN廢氣中包含HCN（氫氰酸），而瀝青碳纖維工藝幾乎不釋放HCN。瀝青廢氣的主要成分是CO、CO2和H2，而PAN廢氣的主要成分是HCN、NH3、CO、CO2和H2。兩種工藝都會產(chǎn)生一些焦油和炭。

       在殘留物方面，硫是瀝青碳纖維中常見的天然殘留物，而PAN碳纖維的硫殘留僅在使用DMSO作為溶劑且脫硫不完全時才會出現(xiàn)。硫在PAN中不受歡迎，因為會導(dǎo)致高低溫爐中的金屬粉化和腐蝕。相比之下，瀝青中的硫在極高溫度（>2500°C）下才可能成為問題，對設(shè)備的影響較小。

PAN基碳纖維還可能殘留鈉，這源于紡絲過程中使用的硫氰酸鈉溶劑（部分公司采用NaSCN技術(shù)路線）。鈉殘留會在高溫爐中反應(yīng)生成有毒的氰化鈉。對于兩種前體，了解紡絲過程中殘留物的析出和相關(guān)反應(yīng)動力學(xué)至關(guān)重要，以選擇合適的材料并設(shè)計出應(yīng)對潛在問題的方案。

此外，關(guān)于纖維在熱處理過程中物理上析出的物質(zhì)，瀝青和PAN之間的另一個顯著差異是產(chǎn)生的顆粒物數(shù)量。與瀝青析出的顆粒物有限不同，PAN纖維會產(chǎn)生大量必須處理的顆粒物，并且可能需要額外設(shè)備如排氣煙囪處的袋式除塵器來捕獲這些顆粒物。

        為了使PAN基碳纖維達到最高模量，需要使用超高溫爐進行進一步熱加工，這增加了設(shè)備成本。而瀝青基碳纖維無需此額外步驟即可達到更高的模量，因為它在初始階段就比PAN更有序。

為了獲得優(yōu)異的機械性能，PAN與瀝青不同，必須通過穩(wěn)定化和碳化進行牽伸。這種牽伸引入了額外的設(shè)備（張力架），并且根據(jù)這些設(shè)備原產(chǎn)國的不同，可能需要特殊的出口許可證。而瀝青基碳纖維的性能在紡絲過程中就已經(jīng)確定，無需牽伸。

在加工過程中，PAN基碳纖維可以支撐遠超自身重量的負(fù)荷，無需額外支撐。而瀝青基碳纖維在加工過程中需要支撐，通常直接紡到帶上，然后送入穩(wěn)定化烘箱，形成非織造氈。

瀝青基碳纖維的絲束單絲數(shù)量通常小于2k，而PAN基碳纖維的絲束單絲數(shù)量范圍很大，從1k到600k不等。盡管PAN紡絲工藝難度較大，但已廣為人知并用于大規(guī)模生產(chǎn)。相比之下，瀝青基碳纖維的純化和紡絲過程更難掌握，尚未被充分理解和廣泛應(yīng)用。

這場碳纖維界的“雙雄對決”，究竟誰將在未來大放異彩？這不僅取決于技術(shù)的進步，還與市場需求和應(yīng)用場景密切相關(guān)。

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