CSTM-工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維編制說明

工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維編制說明(征求意見稿)標準起草工作組2022年6月目錄TOC\o"1-2"\h\u20795一、工作簡況 220797（一）任務來源 225223（二）標準簡介（工作過程） 219692（三）編制組成員及任務分工 231842二、國家標準編制意義、編制原則和確定國家標準制（修）訂的主要內(nèi)容 31473（一）標準編制意義 314161（二）標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的依據(jù) 315046（三）標準主要技術內(nèi)容說明 39321三、主要試驗（或驗證）情況分析 45672四、標準中涉及專利的情況 421733五、預期達到的社會效益等情況 515600六、采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，國內(nèi)外關鍵指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關數(shù)據(jù)對比情況 514202七、與現(xiàn)行相關法律、法規(guī)、規(guī)章及相關標準，特別是強制性標準的協(xié)調(diào)性 54486八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù) 516725九、標準性質的建議說明 526435十、貫徹標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術措施、過渡辦法、實施日期等） 518394十一、廢止現(xiàn)行相關標準的建議 66046十二、其它應予以說明的事項 6

一、工作簡況（一）任務來源低成本大絲束碳纖維的生產(chǎn)和應用是發(fā)展低成本復合材料技術研究的重要內(nèi)容，隨著大絲束碳纖維生產(chǎn)和預浸料生產(chǎn)技術的突破，大絲束碳纖維得到迅速發(fā)展，在國外被稱為“黃金時代材料”。西格里公司推出中模量大絲束的型號，劍指航空航天市場，市場的創(chuàng)新行為會一次次沖刷我們的固有觀念：“小絲束不一定是高成本，大絲束不一定是低性能”。國際大絲束碳纖維的性能已經(jīng)不低于小絲束碳纖維的性能，而其由于其低成本的巨大優(yōu)勢，其必將在未來的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展中成為新寵，而其相應的產(chǎn)品標準的制定也必然勢在必行。2021年10月中國石化上海石油化工股份有限公司向CSTM/FC03/TC10建筑材料領域委員會玻璃纖維及碳纖維技術委員會提出了制定《工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維》團體標準的項目申請。玻璃纖維及碳纖維技術委員會在收到項目建議書和標準草案后，按規(guī)定的程序提交全體委員會成員討論，經(jīng)委員投票表決，一致同意向CSTM標準委員會提交項目申報書。2022年3月CSTM標準委員會材試標字〔2022〕013號，下達了制定《工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維》團體標準的制定任務，標準（中文版）立項編號為CSTMLX031000882—2022，標準（英文版）立項編號為CSTMLX031000882—2022E，標準牽頭單位為中國石化上海石油化工股份有限公司。（二）標準簡介（工作過程）項目下達后，負責起草單位立即成立了標準編制組，確定了項目負責人和編制組人員分工。標準編制組主要做了以下工作（含計劃）：——2022.3-2022.4開展工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維行業(yè)現(xiàn)狀的調(diào)研，籌建標準工作組。——2022.4成立標準編制組，召開標準啟動會，明確標準制定中所需遵循的基本原則、標準構架、工作組成員組成和分工以及項目計劃進度?！?022.5-2022.6按照計劃任務分工，編寫標準文本，編制說明，開展驗證試驗等，于2022年7月前將標準征求意見稿、編制說明、驗證試驗報告等材料遞交至秘書處?！?022.7-2022.8由秘書處向全體委員和行業(yè)內(nèi)有關專家廣泛征求意見，征求意見時間為1個月。向CSTM標準技術委員會的有關專家及共發(fā)出征求意見函份。截止到7月，**意見返回。——2022.9征求意見結束后，形成征求意見匯總處理表。組織編制組成員企業(yè)召開標準制定工作組第二次會議，討論專家的意見，對標準文本和編制說明等文件進行完善，形成標準送審材料?！?022.10由秘書處組織標委會委員及行業(yè)內(nèi)外有關專家進行標準技術審查。來自科研院所、設計、生產(chǎn)、用戶、質檢及標準管理部門等單位共**名委員參加了會議。會上，委員們聽取了標準編制組對標準制定工作的匯報，對標準送審稿、編制說明、意見匯總表等文件進行了審查，認為該標準提交的審議資料完整、齊全，驗證試驗數(shù)據(jù)可靠，規(guī)定的技術內(nèi)容合理，具有先進性、科學性和實用性。經(jīng)投票表決，以**票同意，*票反對，*票棄權的投票結果，一致通過了該標準的審議?！?022.11-2022.12根據(jù)審查會專家意見，對標準文本進行修改，形成報批材料，完成標準的中文和英文報批（三）編制組成員及任務分工編制組的主要單位有：中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）、江蘇奧盛復合材料科技有限公司、上海晉飛碳纖維科技股份有限公司、上海中車軌道交通科技有限公司、北京化工大學、吉林化纖股份有限公司（以下簡稱吉林化纖）、南京玻璃纖維研究設計院有限公司等。主要起草人及工作分工見下表1：表1主要起草人及工作分工起草人工作分工黃翔宇確定標準指導思想，掌握產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，引導行業(yè)綠色低碳。王永梅韓風提出標準立項，制定具體方案，統(tǒng)籌研制過程，整合各類資源，編寫標準文本。完成標準的立項、編制和報批。辛美音韓風宋錚陳雙蘭對主要技術指標進行驗證試驗。編輯整理、對現(xiàn)行標準及專利查詢。外文版譯校。二、團體標準編制意義、編制原則和確定團體標準制（修）訂的主要內(nèi)容（一）標準編制意義碳纖維是國民經(jīng)濟和國防建設不可或缺的一種性能優(yōu)異、應用廣泛的戰(zhàn)略性新材料，廣泛應用于航空航天、能源裝備、交通運輸、建筑工程、體育休閑等領域。碳纖維行業(yè)涉及面廣、輻射帶動能力強，加快碳纖維行業(yè)發(fā)展，對推動傳統(tǒng)材料升級換代、滿足國家重點工程迫切需求、爭奪未來國際競爭優(yōu)勢都具有十分重要的意義。目前聚丙烯腈基碳纖維(PAN-CF)開始邁入快速發(fā)展而激烈競爭的時代，而競爭就是成本的競爭。近年來，隨著后道應用向工業(yè)化領域拓展，低成本大絲束48K以上的大絲束發(fā)展迅速，世界主要生產(chǎn)大絲束(LT)碳纖維的廠家主要是東麗旗下卓爾泰克（美國大部分+墨西哥+匈牙利）、德國西格里以及臺塑、AKSA和三菱等。24K以上的大絲束發(fā)展迅速，日本的東麗通過收購美國Zoltek公司，進入大絲束領域。三菱化學的50K碳纖維已經(jīng)逐步成為其主打產(chǎn)品，并且已經(jīng)成功應用于寶馬i3的制造，德國SGL已經(jīng)在葡萄牙和波蘭建成了大絲束原絲生產(chǎn)廠，為其提供廉價的原絲以頂替較為昂貴的三菱原絲。2020年，由于大絲束碳纖維在風電市場驅動下的強勁增長，小絲束市場受航空航天市場的下滑的影響，標準模大絲束需求已超過標準模小絲束，達到4.82萬噸，占比45.1%。未來，風電、汽車、軌道交通及碳纖維功能性材料，主體上是大絲束以及巨絲束發(fā)展空間。粗略估計：2030可望達到35萬噸的規(guī)模。近幾年，上海石化和吉林化纖等碳纖維生產(chǎn)企業(yè)開展了對大絲束碳纖維生產(chǎn)技術的攻關，并取得了一定的成效，但是國內(nèi)尚無科學、合理的大絲束碳纖維產(chǎn)品質量標準體系，在一定程度上制約了大絲束碳纖維生產(chǎn)及應用技術的發(fā)展，建立準確、科學、合理的產(chǎn)品質量標準是大絲束碳纖維迅速蓬勃發(fā)展的關鍵所在。（二）標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的依據(jù)按GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫規(guī)則》的規(guī)定進行編寫；根據(jù)我國現(xiàn)有產(chǎn)品情況、應用要求、國際和國內(nèi)相近產(chǎn)品標準要求進行編制，確保標準指標準確合理，并與現(xiàn)有標準保持協(xié)調(diào)一致。（三）標準主要技術內(nèi)容說明1、范圍本文件規(guī)定了工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維的范圍、規(guī)范性引用文件、術語和定義、標記和代碼、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志、運輸、貯存。技術要求分為理化性能指標和特性指標及加工性能指標。2、術語和定義為便于對本文件的理解，本文件給出了一些術語及其定義。為了標準的使用者更好地理解“大絲束”和“工業(yè)級碳纖維”，我們給出了絲束根數(shù)大于24000根（24k）的絲束定義為大絲束，以及具有相對較低的生產(chǎn)成本，質量穩(wěn)定性可以接受，適用于一般工業(yè)用途的碳纖維稱之為工業(yè)級碳纖維的專門定義。3、要求和試驗方法從相關法律法規(guī)的要求、產(chǎn)品應用及客戶期望的角度，本文件除包含小絲束碳纖維有的物理性能指標外，增加了客戶關注的后加工性能評價指標：層間剪切強度、起毛量。層間剪切強度是直接反應纖維與樹脂的結合性能，對復合材料的性能起著重要作用；起毛量與加工性能密切相關，大絲束碳纖維應用相對于小絲束而言，由于其絲束的線密度增大，絲束纖維聚積，展紗過程中出現(xiàn)的毛羽概率會增加，毛羽直接影響生產(chǎn)效率、產(chǎn)品外觀以及產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。線密度采用線密度偏差率作為定等指標，既能滿足生產(chǎn)單位線密度的控制實際情況，又能滿足后道應用對線密度穩(wěn)定性的要求。工業(yè)級PAN基大絲束碳纖維的所有技術指標，本文件中均給出了試驗方法。標準制定工作組廣泛搜索了國內(nèi)外相關行業(yè)的方法標準，引用現(xiàn)行國家標準。針對大絲束碳纖維的特點，將拉伸性能測試分析方法采用GB/T26749碳纖維浸膠紗拉伸性能的測定(ISO10618:2004,idt)，此標準對機械制樣有詳細的規(guī)定，更實用大絲束碳纖維測試分析的需要，同時為了滿足不同測試分析部門的要求，文本附錄1增加了起草單位制樣方法；起毛量的測試方法采用三明治式抱合纖維方式，提供了裝置示意圖，對所選擇海綿載體也有具體的說明，見文本附件2，此方法的國家標準正在準備報批。4、質量檢驗按照國家相關規(guī)定給出了出廠檢驗、型式檢驗的要求，規(guī)定了檢驗的項目和結果判定方法。三、主要試驗（或驗證）情況分析本文件起草過程中已根據(jù)標準要求設計制定了試驗方案。對體現(xiàn)纖維理化性能指標拉伸性能確定、通過收集國內(nèi)外碳纖維生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品標準，再通過收集相關產(chǎn)品采用比對方式進行試驗驗證確定方法的可行性和技術要求的合理性。對層間剪切和起毛量等技術要求在相同的試驗條件下進行試驗，驗證技術要求的指標合適性。目前驗證情況表明，技術要求指標合理（見附件1）。四、標準中涉及專利的情況本文件不涉及專利。五、預期達到的社會效益等情況碳纖維產(chǎn)品系列化開發(fā)是碳纖維企業(yè)集約資源，快速進行品牌和產(chǎn)品延伸、整合以及提升的一項重要舉措。碳纖維的產(chǎn)品開發(fā)應以品種、規(guī)格為基礎，將目前國內(nèi)銷路最廣的產(chǎn)品品種或規(guī)格，用國家標準或行業(yè)標準對其進行規(guī)范，以提高這些產(chǎn)品的水平，用標準分級決定產(chǎn)品質量等級，以滿足社會的各種需要?！豆I(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維》標準的發(fā)布，能夠牽引碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，推進產(chǎn)品系列化；促進各碳纖維生產(chǎn)企業(yè)以標準要求進行產(chǎn)品研發(fā)，推動技術水平的提高；引導碳纖維客戶以標準要求選擇產(chǎn)品，促使企業(yè)提高產(chǎn)業(yè)能力，從而促進我國低成本大絲束碳纖維產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。六、采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，國內(nèi)外關鍵指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關數(shù)據(jù)對比情況本文件相關測試方法等同采用相關國際標準，具體如下：GB/T26749碳纖維浸膠紗拉伸性能的測定(ISO10618:2004,idt)GB/T30019碳纖維密度的測定(ISO10119:2002,idt)GB/T29761碳纖維浸潤劑含量的測定(ISO10548:2002,idt)JC/T773纖維增強塑料短梁法測定層間剪切強度(ISO14130:1997,idt)本文件除了規(guī)定工業(yè)級聚丙烯腈大絲束碳纖維的理化性能指標外，還增加了特性指標和加工性能指標等。物理性能指標包含了體密度、拉伸強度和拉伸彈性模量以及伸長率等指標；特性指標包括含碳量、灰分；加工性能包含層間剪切強度上漿劑含量和起毛量等指標。引入與碳纖維后道應用強相關的加工性能指標是本標準的創(chuàng)新點。國外同類產(chǎn)品標準水平情況見附件2。七、與現(xiàn)行相關法律、法規(guī)、規(guī)章及相關標準，特別是強制性標準的協(xié)調(diào)性本文件與現(xiàn)行相關法律、法規(guī)、規(guī)章及相關標準協(xié)調(diào)一致。八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)本文件暫無重大分歧意見。九、標準性質的建議說明本標準建議為推薦性標準。十、貫徹標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術措施、過渡辦法、實施日期等）建議發(fā)布后6個月內(nèi)實施，由標準化技術歸口單位進行宣貫。十一、廢止現(xiàn)行相關標準的建議無。十二、其它應予以說明的事項無其它應予說明的事項。

附件1技術要求合理性試驗（或驗證）《工業(yè)級聚丙烯腈基大絲束碳纖維》團體標準驗證試驗報告標準制定工作組2022年月試樣標準制定工作組收集了國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)具有代表性的大絲束碳纖維作為本標準的驗證試驗用樣品。試驗內(nèi)容本文所用到的樣品都按照標準中的試驗方法，進行拉伸性能、層間剪切、起毛量、線密度的測定。試驗結果標準起草編制組按照標準要求進行驗證試驗，試驗結果詳見表1、表2和表3、表4。表1拉伸性能測試比對情況樣品測試分析者纖維性能拉伸強度MPa拉伸模量GPa伸長率%測試結果比對臺麗TC35-48K標準指標值40002401.6國內(nèi)權威機構40602401.7企業(yè)2機械制樣40802431.68企業(yè)2手工制樣40182411.67SGL50K企業(yè)2手工制樣40802411.69TRW4050L三菱44592351.90TC35R-48K臺麗42972421.78Zoltec-50K49172442.02國產(chǎn)企業(yè)1-25K43362361.84國產(chǎn)企業(yè)2-48K42402311.84國產(chǎn)企業(yè)3-50K44812371.89表2國內(nèi)外企業(yè)樣品起毛量、層間剪切測試情況樣品名稱起毛量層間剪切mg/50m最大值強度(Mpa)CV%SGL50K24.732.780.431.56TRW4050L三菱8.79.887.320.60TC35R-48K臺麗8.29.177.550.99Zoltec-50K33.337.274.181.88國產(chǎn)企業(yè)1-25K9.912.878.680.51國產(chǎn)企業(yè)2-48K14.915.490.540.72國產(chǎn)企業(yè)3-50K26.033.576.850.70表3線密度偏差率指標制定依據(jù)纖維規(guī)格復絲根數(shù)線密度g/km線密度偏差率%GQ35221K66±3±4.5GQ35223K198±6±3.0GQ35226K400±12±3.0GQ352212K800±20±2.5表4密度、含碳量、上漿劑指標制定依據(jù)樣品名稱密度含碳量上漿劑SGL50K1.78994.751.30TRW4050L三菱1.78595.241.52TC35R-48K臺麗1.79193.381.16Zoltec-50K1.79495.641.96國產(chǎn)企業(yè)1-25K1.78995.001.39國產(chǎn)企業(yè)2-48K1.78094.441.16國產(chǎn)企業(yè)3-50K1.79495.121.09結論采用本文件規(guī)定試驗方法對大絲束碳纖維進行質量檢測，可行，結果可靠。根據(jù)表1采用國內(nèi)比對、手工制樣和機械比對驗證試驗結果來看，采用機械制樣的數(shù)據(jù)可靠性較好。國內(nèi)樣品的測試結果為技術要求制定的依據(jù)。根據(jù)表2國內(nèi)外企業(yè)樣品起毛量、層間剪切測試數(shù)據(jù)結果看，使用本文件規(guī)定的測試分析方法其結果能反映樣品的實際情況，也與樣品的工藝技術特性吻合。國內(nèi)樣品的測試結果為技術要求制定的依據(jù)。根據(jù)表3中12K碳纖維標準范圍確定大絲束碳纖維的線密度偏差率。同時從附件2中數(shù)據(jù)分析看，各生產(chǎn)單位線密度指標值都各部相同的，采用線密度偏差率作為定等指標，既能滿足生產(chǎn)單位線密度的控制實際情況，又能滿足后道應用對線密度穩(wěn)定性的要求。根據(jù)表4數(shù)據(jù)看，各單位密度、含碳量、上漿劑相差不大。國內(nèi)樣品的測試結果為技術要求制定的依據(jù)。

附件2：國外同類產(chǎn)品標準水平情況廠家型號纖維性能纖度(K)線密度g/m纖維直徑μm拉伸強度MPa拉伸模量GPa伸長率%體密度g/cm3三菱TRH5060M603.26.148302501.