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关于碳纤维

碳纤维具有轻质、高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、X射线穿透性和生物相容性好等特性，广泛应用于航空、航天、国防、交通、能源、医疗器械以及体育休闲用品等领域。早期的碳纤维可以追溯到1878年英国斯旺和1879年美国发明家爱迪生两人分别用棉纤维和竹纤维炭化制成电灯泡的灯丝，但真正实用的碳纤维直到20世纪50年代才登上历史舞台。

碳纤维的分类 图片来源：天策科技

经过几十年的发展，形成了PAN、沥青和黏胶三大碳纤维原料体系。其中，PAN 基碳纤维因具有生产工艺简单、生产成本较低和力学性能优良等特点，已成为发展最快、产量最高、品种最多、应用最广的一种碳纤维。黏胶基碳纤维除了在特定的领域有少量应用外，目前已基本退出主流应用市场。沥青基碳纤维按其性能差异可分为通用级沥青基碳纤维和高性能沥青基碳纤维。

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关于高性能沥青基碳纤维

高性能沥青基碳纤维 图片来源：天策科技

高性能沥青基碳纤维（MPCF）是一种含碳量大于99%的高性能碳纤维，具有高导热、超高模量、低热膨胀系数、轻质、导电、高强等优势特性，被广泛应用于高超声速飞行器的热端部件、空间飞行器的大面积薄板结构、电子仪器仓的散热部件、新一代智能机器人的力臂等领域，在航空航天装备、尖端工业装备、电子产品等上实现轻量化的同时，既能作为结构材料承载负荷，又能作为功能材料防热和导热，而且兼具零膨胀或负膨胀的特性，是一款极具发展前景的结构功能一体化材料。

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高性能沥青基碳纤维的核心优势

高性能MPCF具有超高模量、高导热和良好的导电性，是最好的功能与结构一体化材料之一。它与PAN基碳纤维存在本质区别且在性能上相互补充，可以将碳纤维的应用拓展到更广空间。

国外高性能沥青基碳纤维的性能数据 图片来源：天策科技

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高性能沥青基碳纤维的应用

01

领域

高导热MPCF制备的碳/碳和碳/陶复合材料用于高速飞行器鼻锥、机翼前缘、发动机等表面，具有高导热、高抗冲击、高强度、高韧性、零氧化烧蚀等结构和功能特性。

使用效益：通过热疏导方式将飞行过程中产生的热量快速导出，可实现高超音速飞行器的非烧蚀防热和热结构承载。

高速飞行器领域应用 图片来源：网络

02

航天领域应用

高导热碳纤维增强树脂基复合材料具有高刚度、低密度、高热导率、低的热膨胀系数特性，可应用于天线反射器、载荷板、仪器板、热扩散板和相控阵天线多功能板等卫星热管理领域和卫星光学结构件。

使用效益：导热优于AL合金，强度和刚性都超过AL合金。可以根据性能要求进行组合最优设计，实现零膨胀的结构件。

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03

核领域应用

高性能沥青基碳纤维制备的高导热碳碳材料热导率及尺寸稳定性均优于PAN基纤维，用于核聚变的放射性同位素温差发电器RTG、核聚变面向等离子体第一壁(FW)、偏滤器等。

使用效益：采用高导热碳碳材料，可降低其表面温度，降低热损耗，提高系统安全性。

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04

电子散热领域应用

高性能沥青基碳纤维的低密度、高模量、高导热以及良好的导电特性，适合用于有高散热要求的锂离子充电电池底板、大规模集成电路、大功率激光器、LED、ATR机箱、5G通讯等电子散热领域。

使用效益：使用后可以提高产品导热性能，具有减重效果，有助于提高产品的电磁兼容性，并且通过层压板设计可以达到机械性能和热性能的最优组合。

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05

工业领域应用

在高精密装备中，利用超高模量特性，实现大型传动轴、罗拉、机器人手臂等的高刚度、高精度要求。

图片来源网络

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产业化发展现状

中间相沥青基碳纤维具有超高模量、超高导热、低膨胀系数等特性，在航空航天、5G导热、工业机器人以及现代高端装备等领域具有重要的意义。

经过近几年的快速发展，天策科技凭借自身的实力，脱颖而出，攻克并掌握了多项工程化关键技术，实现了巨大突破。

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国产高性能沥青基碳纤维产业领跑者

天策科技于2011年开始高性能沥青基碳纤维的研制及生产，攻克并掌握了高性能沥青基碳纤维领域的多项核心技术，成为国内第一家打通高性能沥青基碳纤维工程化路线的单位。已独立申报国家专利80余项，核心环节均已形成自有知识产权，全产业链专利布局完整。天策科技的高性能沥青及碳纤维制备工艺水平、产品性能、系列型号、批产能力、测试方法、工程化规模、应用研发均为国内领先地位。

同时，天策科技具有年生产20万平米预浸料的生产能力，可根据用户要求制备不同性能、规格的预浸料。目前正在进行50吨/年产能的产业化线建设，预计2022年底完成。在此基础上，天策科技也进行了织物、短切纤维、预制体等应用制备研究，积极拓宽碳纤维应用领域，拉动完善碳纤维产业链结构。天策科技致力于改变世界碳纤维产业格局，支撑中国碳材料行业发展，是中国沥青基碳纤维行业名副其实的领跑者。

天策科技现已形成了高碳系列、高模系列、高导热系列等系列产品型号。另外，针对产品应用工艺研究，进行了单向、正交、2.5D、3D碳纤维织物的制备工艺及石墨化工艺研究，根据客户需求进行了多种型号织物的制备探索，进行了短切纤维、预浸料、树脂基复材以及碳/碳、碳陶复材等下游应用工艺性的开发。

高性能沥青基碳纤维

天策科技在国内率先实现了600W/(m•K)、800W/(m•K)级高导热碳纤维的工程化稳定生产，在研产品最高性能达到1000W/(m•K)以上。

产品包括包括碳/碳、碳/陶复合材料专用可编织碳纤维（TC-20）、超高模量型碳纤维（TC-HM-60、TC-HM-80）、高导热型碳纤维（TC-HC-600、TC-HC-800）等多个系列，可满足不同用途对碳纤维性能的需求，是极具应用前景的结构功能一体化的高性能复合材料增强体。

高性能沥青基碳纤维短切纤维

天策科技制备的高性能沥青基碳纤维短切纤维，可应用于不同性能材料的制备。均为高导热系列和高模量系列，可根据用户需求进行生产。如150μm，300μm，1mm，3mm，8mm等。

高性能沥青基碳纤维预浸料

预浸料作为碳纤维树脂基复合材料的原材料，由均匀的碳纤维束或编织布浸渍树脂基体制备而成。天策科技具有幅宽1m，年生产20万平米预浸料的生产能力，可根据用户要求制备不同性能、规格的预浸料。其中，TPC60型预浸料为天策科技以TC-HC-600为增强体制备的高性能沥青基碳纤维预浸料。

中间相沥青基碳纤维编织物

天策科技制备的碳纤维织物种类有单向、正交、2.5D、3D等，可根据用户需求调整预制体结构、所用纤维种类及后处理工艺，应用于制备C/C复合材料、C/SiC复合材料、树脂基复合材料和金属基复合材料等。