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工业级聚丙烯精基大丝束碳纤维编制说明(征求意见稿)标准起草工作组年月
20226、试样1标准制定工作组收集了国内生产企业具有代表性的大丝束碳纤维作为本标准的验证试验用样品、试验内容2本文所用到的样品都按照标准中的试验方法,进行拉伸性能、层间剪切、起毛量、线密度的测定、试验结果3标准起草编制组按照标准要求进行验证试验,试验结果详见表
1、表2和表
3、表4表拉伸性能测试比对情况1样品测试分析者纤维性能拉伸强度拉伸模量伸长率%MPa GPa测试结果比对台丽标准指标值
40002401.6TC35-48K国内权威机构
40602401.7企业机械制样
240802431.68企业手工制样
240182411.67SGL50K
40802411.69三菱TRW4050L
44592351.90台丽TC35R-48K
42972421.78企业手工制样2Zoltec-50K
49172442.02国产企业1-25K
43362361.84国产企业2-48K
42402311.84国产企业3-50K
44812371.89表国内外企业样品起毛量、层间剪切测试情况2样品名称起毛量层间剪切最大值强度mg/50m MpaCV%SGL50K
24.
732.
780.
431.56三菱TRW4050L
8.
79.
887.
320.60台丽TC35R-48K
8.
29.
177.
550.99Zoltec-50K
33.
337.
274.
181.88国产企业1-25K
9.
912.
878.
680.51国产企业2-48K
14.
915.
490.
540.72国产企业3-50K
26.
033.
576.
850.70表线密度偏差率指标制定依据3纤维规格复丝根数线密度线密度偏差率%g/kmGQ35221K66±3±
4.5GQ35223K198±6±
3.0GQ35226K400±12±
3.0GQ352212K800±20±
2.5表密度、含碳量、上浆剂指标制定依据4样品名称密度含碳量上浆剂SGL50K
1.
78994.
751.30三菱TRW4050L
1.
78595.
241.52台丽TC35R-48K
1.
79193.
381.16Zoltec-50K
1.
79495.
641.96国产企业1-25K
1.
78995.
001.39国产企业2-48K
1.
78094.
441.16国产企业3-50K
1.
79495.
121.
094、结论采用本文件规定试验方法对大丝束碳纤维进行质量检测,可行,结果可靠根据表1采用国内比对、手工制样和机械比对验证试验结果来看,采用机械制样的数据可靠性较好国内样品的测试结果为技术要求制定的依据根据表2国内外企业样品起毛量、层间剪切测试数据结果看,使用本文件规定的测试分析方法其结果能反映样品的实际情况,也与样品的工艺技术特性吻合国内样品的测试结果为技术要求制定的依据根据表3中12K碳纤维标准范围确定大丝束碳纤维的线密度偏差率同时从附件2中数据分析看,各生产单位线密度指标值都各部相同的,采用线密度偏差率作为定等指标,既能满足生产单位线密度的控制实际情况,又能满足后道应用对线密度稳定性的要求根据表4数据看,各单位密度、含碳量、上浆剂相差不大国内样品的测试结果为技术要求制定的依据附件2国外同类产品标准水平情况厂家型号纤维性能线密度纤维直径拉伸强度拉伸模量伸长体密度纤度率%K g/m um MPaGPa g/cm3三菱TRH5060M
603.
26.
148302501.
901.81TRW4050L
503.
757.
341202351.
701.80MR60H24P
240.
96556802901.
91.81帝人HTS
40241.6—
44002401.
81.77STS
40241.6—
43002401.
71.78STS
40483.2——
43002501.
71.77UTS
50241.63—
51002452.
11.78ITS
50241.63——
51002651.
91.8IMS
60240.83—
58002902.
01.79IMS
65240.83—
60002902.
11.78SGLC T50-
4.8/
280503.
076.
648002801.
651.78C T50-
4.4/
255503.
42744002551.
651.78C T50-
4.0/
240503.
36.
840002401.
701.80Zoltec PANEX
35503.
757.
241372421.
501.80东邦STS
40483.
2740002501.
601.77STS
40241.
6743002401.
701.78UTS
50241.
66.
950002402.
11.79IMS
60240.
835.
058002902.
01.80UMS
40240.
8004.
846003951.
21.79台丽TC
35483.
27.
040002401.
601.81TC
35241.
67.
040002401.
61.8TC36S
241.6,
7.
049002502.
01.81TC42S
241.
65.
156902901.
81.81蓝星LX300-
50503.
28738002551.
51.79LX400-
50503.
28744002551.
71.79日本东丽T700SC
241.
65749002302.
01.80
七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准,特别是强制性标准的协调性7
一、工作简况
(一)任务来源低成本大丝束碳纤维的生产和应用是发展低成本复合材料技术研究的重要内容,随着大丝束碳纤维生产和预浸料生产技术的突破,大丝束碳纤维得到迅速发展,在国外被称为“黄金时代材料”西格里公司推出中模量大丝束的型号,剑指航空航天市场,市场的创新行为会一次次冲刷我们的固有观念“小丝束不一定是高成本,大丝束不一定是低性能”国际大丝束碳纤维的性能已经不低于小丝束碳纤维的性能,而其由于其低成本的巨大优势,其必将在未来的碳纤维产业发展中成为新宠,而其相应的产品标准的制定也必然势在必行2021年10月中国石化上海石油化工股份有限公司向CSTM/FC03/TC10建筑材料领域委员会玻璃纤维及碳纤维技术委员会提出了制定《工业级聚丙烯庸基大丝束碳纤维》团体标准的项目申请玻璃纤维及碳纤维技术委员会在收到项目建议书和标准草案后,按规定的程序提交全体委员会成员讨论,经委员投票表决,一致同意向CSTM标准委员会提交项目申报书2022年3月CSTM标准委员会材试标字12022)013号,下达了制定《工业级聚丙烯睛基大丝束碳纤维》团体标准的制定任务,标准(中文版)立项编号为CSTM LX031000882—2022,标准(英文版)立项编号为CSTM LX031000882—2022E,标准牵头单位为中国石化上海石油化工股份有限公司
(二)标准简介(工作过程)项目下达后,负责起草单位立即成立了标准编制组,确定了项目负责人和编制组人员分工标准编制组主要做了以下工作(含计划)——
2022.3-
2022.4开展工业级聚丙烯脯基大丝束碳纤维行业现状的调研,筹建标准工作组——
2022.4成立标准编制组,召开标准启动会,明确标准制定中所需遵循的基本原则、标准构架、工作组成员组成和分工以及项目计划进度——
2022.5-
2022.6按照计划任务分工,编写标准文本,编制说明,开展验证试验等,于2022年7月前将标准征求意见稿、编制说明、验证试验报告等材料递交至秘书处——
2022.7-
2022.8由秘书处向全体委员和行业内有关专家广泛征求意见,征求意见时间为1个月向CSTM标准技术委员会的有关专家及共发出征求意见函份截止到7月,**意见返回——
2022.9征求意见结束后,形成征求意见汇总处理表组织编制组成员企业召开标准制定工作组第二次会议,讨论专家的意见,对标准文本和编制说明等文件进行完善,形成标准送审材料——
2022.10由秘书处组织标委会委员及行业内外有关专家进行标准技术审查来自科研院所、设计、生产、用户、质检及标准管理部门等单位共**名委员参加了会议会上,委员们听取了标准编制组对标准制定工作的汇报,对标准送审稿、编制说明、意见汇总表等文件进行了审查,认为该标准提交的审议资料完整、齐全,验证试验数据可靠,规定的技术内容合理,具有先进性、科学性和实用性经投票表决,以**票同意,*票反对,*票弃权的投票结果,一致通过了该标准的审议——
2022.11-
2022.12根据审查会专家意见,对标准文本进行修改,形成报批材料,完成标准的中文和英文报批
(三)编制组成员及任务分工编制组的主要单位有中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)、江苏奥盛复合材料科技有限公司、上海晋飞碳纤维科技股份有限公司、上海中车轨道交通科技有限公司、北京化工大学、吉林化纤股份有限公司(以下简称吉林化纤)、南京玻璃纤维研究设计院有限公司等主要起草人及工作分工见下表1表1主要起草人及工作分工起草人工作分工黄翔宇确定标准指导思想,掌握产业发展方向,引导行业绿色低碳王永梅韩风提出标准立项,制定具体方案,统筹研制过程,整合各类资源,编写标准文本完成标准的立项、编制和报批辛美音韩风宋铮陈对主要技术指标进行验证试验双兰编辑整理、对现行标准及专利查询外文版译校
二、团体标准编制意义、编制原则和确定团体标准制(修)订的主要内容
(一)标准编制意义碳纤维是国民经济和国防建设不可或缺的一种性能优异、应用广泛的战略性新材料,广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、建筑工程、体育休闲等领域碳纤维行业涉及面广、辐射带动能力强,加快碳纤维行业发展,对推动传统材料升级换代、满足国家重点工程迫切需求、争夺未来国际竞争优势都具有十分重要的意义目前聚丙烯庸基碳纤维(PAN-CF)开始迈入快速发展而激烈竞争的时代,而竞争就是成本的竞争近年来,随着后道应用向工业化领域拓展,低成本大丝束48K以上的大丝束发展迅速,世界主要生产大丝束(LT)碳纤维的厂家主要是东丽旗下卓尔泰克(美国大部分+墨西哥+匈牙利)、德国西格里以及台塑、AKSA和三菱等24K以上的大丝束发展迅速,日本的东丽通过收购美国Zoltek公司,进入大丝束领域三菱化学的50K碳纤维已经逐步成为其主打产品,并且已经成功应用于宝马i3的制造,德国SGL已经在葡萄牙和波兰建成了大丝束原丝生产厂,为其提供廉价的原丝以顶替较为昂贵的三菱原丝2020年,由于大丝束碳纤维在风电市场驱动下的强劲增长,小丝束市场受航空航天市场的下滑的影响,标准模大丝束需求已超过标准模小丝束,达到
4.82万吨,占比
45.1虬未来,风电、汽车、轨道交通及碳纤维功能性材料,主体上是大丝束以及巨丝束发展空间粗略估计2030可望达到35万吨的规模近几年,上海石化和吉林化纤等碳纤维生产企业开展了对大丝束碳纤维生产技术的攻关,并取得了一定的成效,但是国内尚无科学、合理的大丝束碳纤维产品质量标准体系,在一定程度上制约了大丝束碳纤维生产及应用技术的发展,建立准确、科学、合理的产品质量标准是大丝束碳纤维迅速蓬勃发展的关键所在
(二)标准编制原则和确定标准主要内容的依据按GB/T
1.1—2020《标准化工作导则第1部分标准的结构和编写规则》的规定进行编写;根据我国现有产品情况、应用要求、国际和国内相近产品标准要求进行编制,确保标准指标准确合理,并与现有标准保持协调一致三标准主要技术内容说明、范围1本文件规定了工业级聚丙烯睛基大丝束碳纤维的范围、规范性引用文件、术语和定义、标记和代码、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输、贮存技术要求分为理化性能指标和特性指标及加工性能指标、术语和定义2为便于对本文件的理解,本文件给出了一些术语及其定义为了标准的使用者更好地理解“大丝束”和“工业级碳纤维”,我们给出了丝束根数大于24000根24k的丝束定义为大丝束,以及具有相对较低的生产成本,质量稳定性可以接受,适用于一般工业用途的碳纤维称之为工业级碳纤维的专门定义、要求和试验方法3从相关法律法规的要求、产品应用及客户期望的角度,本文件除包含小丝束碳纤维有的物理性能指标外,增加了客户关注的后加工性能评价指标层间剪切强度、起毛量层间剪切强度是直接反应纤维与树脂的结合性能,对复合材料的性能起着重要作用;起毛量与加工性能密切相关,大丝束碳纤维应用相对于小丝束而言,由于其丝束的线密度增大,丝束纤维聚积,展纱过程中出现的毛羽概率会增加,毛羽直接影响生产效率、产品外观以及产品性能的稳定性线密度采用线密度偏差率作为定等指标,既能满足生产单位线密度的控制实际情况,又能满足后道应用对线密度稳定性的要求工业级PAN基大丝束碳纤维的所有技术指标,本文件中均给出了试验方法标准制定工作组广泛搜索了国内外相关行业的方法标准,引用现行国家标准针对大丝束碳纤维的特点,将拉伸性能测试分析方法采用GB/T26749碳纤维浸胶纱拉伸性能的测定ISO106182004,idt,此标准对机械制样有详细的规定,更实用大丝束碳纤维测试分析的需要,同时为了满足不同测试分析部门的要求,文本附录1增加了起草单位制样方法;起毛量的测试方法采用三明治式抱合纤维方式,提供了装置示意图,对所选择海绵载体也有具体的说明,见文本附件2,此方法的国家标准正在准备报批、质量检验4按照国家相关规定给出了出厂检验、型式检验的要求,规定了检验的项目和结果判定方法
三、主要试验或验证情况分析本文件起草过程中已根据标准要求设计制定了试验方案对体现纤维理化性能指标拉伸性能确定、通过收集国内外碳纤维生产厂家的产品标准,再通过收集相关产品采用比对方式进行试验验证确定方法的可行性和技术要求的合理性对层间剪切和起毛量等技术要求在相同的试验条件下进行试验,验证技术要求的指标合适性目前验证情况表明,技术要求指标合理见附件1
四、标准中涉及专利的情况本文件不涉及专利
五、预期达到的社会效益等情况碳纤维产品系列化开发是碳纤维企业集约资源,快速进行品牌和产品延伸、整合以及提升的一项重要举措碳纤维的产品开发应以品种、规格为基础,将目前国内销路最广的产品品种或规格,用国家标准或行业标准对其进行规范,以提高这些产品的水平,用标准分级决定产品质量等级,以满足社会的各种需要《工业级聚丙烯月青基大丝束碳纤维》标准的发布,能够牵引碳纤维产业的发展,推进产品系列化;促进各碳纤维生产企业以标准要求进行产品研发,推动技术水平的提高;引导碳纤维客户以标准要求选择产品,促使企业提高产业能力,从而促进我国低成本大丝束碳纤维产业快速健康发展
六、采用国际标准和国外先进标准情况,与国际、国外同类标准水平的对比情况,国内外关键指标对比分析或与测试的国外样品、样机的相关数据对比情况本文件相关测试方法等同采用相关国际标准,具体如下GB/T26749碳纤维浸胶纱拉伸性能的测定ISO106182004,idt GB/T30019碳纤维密度的测定ISO101192002,idt GB/T29761碳纤维浸润剂含量的测定ISO105482002,idt JC/T773纤维增强塑料短梁法测定层间剪切强度ISO141301997,idt本文件除了规定工业级聚丙烯庸大丝束碳纤维的理化性能指标外,还增加了特性指标和加工性能指标等物理性能指标包含了体密度、拉伸强度和拉伸弹性模量以及伸长率等指标;特性指标包括含碳量、灰分;加工性能包含层间剪切强度上浆剂含量和起毛量等指标引入与碳纤维后道应用强相关的加工性能指标是本标准的创新点国外同类产品标准水平情况见附件2
七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准,特别是强制性标准的协调性本文件与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调一致
八、重大分歧意见的处理经过和依据本文件暂无重大分歧意见
九、标准性质的建议说明本标准建议为推荐性标准
十、贯彻标准的要求和措施建议(包括组织措施、技术措施、过渡办法、实施日期等)建议发布后6个月内实施,由标准化技术归口单位进行宣贯
十一、废止现行相关标准的建议无
十二、其它应予以说明的事项无其它应予说明的事项附件1技术要求合理性试验(或验证)《工业级聚丙烯睛基大丝束碳纤维》团体标准验证试验报告标准制定工作组2022年月。