【技术干货】一文了解日本三菱人造丝公司PAN基碳纤维
摘 要
日本三菱化学控股集团是目前全球少数的即拥有PAN基碳纤维和又拥有沥青基碳纤维的生产企业之一，三菱在碳纤维产品生产链中涵盖了原料到最终产品。
本公众号在前期文章中针对三菱化学公司沥青碳纤维Dialead特性、复合材料性能及主要应用进行了介绍，详见《盘点日本三菱化学高性能沥青基碳纤维》。
本期文章主要介绍了三菱人造丝Pyrofil™系列以及其美国全资子公司-Grafil公司Grafil™系列PAN基碳纤维特性，并介绍了公司在50k、60k规格大丝束PAN基碳纤维开发现状。
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日本三菱化学控股公司（MCHC）
日本三菱化学（Mitsubishi Chenical Corporation，MCC）拥有系列化的沥青基碳纤维产品；而三菱人造丝（Mitsubishi Rayon Co., Ltd, MRC）拥有PAN基碳纤维技术，两家企业均隶属于日本三菱化学控股公司（Mitsubishi Chenical Holdings Corporation，MCHC，图1）。
图1 MCHC公司主要组成
三菱化学控股集团碳纤维涵盖了从原料-中间材料-加工产品的完整链条（图2），并且已经取得了航空宇宙用品质体系(JISQ9100)的认证。
图2 MCHC公司碳纤维制品
生产PAN基碳纤维的三菱人造丝MRC公司成立于1933年，目前员工近万人，主营业务包括：特种树脂和化学品、丙烯酸纤维、碳纤维及复合材料、合成纤维及膜（如下图3所示）。
图3 MRC公司主要业务范围，MRC目前是全球第三大碳纤维生产商
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日本MRC公司PAN基碳纤维
MRC公司PAN基碳纤维涵盖了丙烯腈原料、原丝、中间材料及CFRP，在完整链条中形成了系列化单体聚合、原丝制备、碳纤维及复合材料技术（图4）。
图4 MRC公司PAN基碳纤维技术链条
图5 MRC公司Pyrofil™系列PAN基碳纤维优异特性
按照碳纤维力学性能，Pyrofil™系列碳纤维可以分为高强（HT）、中模（M）和高模（HM）三大系列（表1），在中模产品中值得关注的MR 70 12P产品拉伸强度7.0GPa、拉伸模量324GPa，与日本东丽T1100G相当。
表1 MRC公司Pyrofil™系列PAN基碳纤维主体性能指标
而在PAN基高模量碳纤维领域，MRC公司作为全球第三大PAN基碳纤维生产商，PAN基高模系列产品最高模量HS 40 12P仅为425GPa，略低于东丽M46J模量436GPa，而另外两大生产商日本东丽公司拉伸模量最高为640GPa和日本帝人公司最高模量650GPa。
MRC公司碳纤维模量之所以那么低，应该是为了避免与同一集团下MCC公司高性能沥青基碳纤维产生竞争，沥青基碳纤维最大优势在于拉伸模量高。此外，MRC公司的HS 40产品在强度上与东丽M46J的4.21GPa相比也具有一定优势。
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日本MRC公司PAN基大丝束碳纤维
图6 MRC公司新开发大丝束碳纤维与其他牌号产品对比，Grafil34-600、700是MRC公司位于美国加利福尼亚州全资子公司-Grafil公司产品，丝束规格分别为48k、24k。
Grafil公司作为MRC在美全资子公司，其碳纤维产品主要有三款，除了上述34-600、700，37-800碳纤维为30k规格，强度为5.52GPa、模量为255GPa（表2）。
MRC公司大丝束碳纤维TRW 40（50k）和 TRH 50（60k）虽然拉伸模量差异不大，但是强度却有明显差距，因此造成两者应用领域存在一定差异，如强度更高的TRH 50型纤维主要可用于压力容器、航空航天等领域；TRW 40型纤维则主要集中汽车工业、风电叶片领域（图7）。
图7 MRC公司大丝束碳纤维主要应用领域
2017年MRC公司与兰博基尼签订了合作协议，估计MRC公司大丝束碳纤维会在汽车工业应用中发挥举足轻重的作用。
MRC公司大丝束碳纤维与常规小丝束碳纤维相比，保持了同等的力学性能和品质，同时产品加工性能优异，并提高了制造大尺寸成型品时的生产效率。
例如，MRC公司TRH 50（60k）碳纤维制备的单向带表面无绒毛、产品质量稳定，而双轴向织物也呈现出良好的工艺性（图8）。
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