等离子体氧化工艺在实现纺织级PAN前体制成低成本碳纤维方面发挥着重要作用。

照片来源：ORNL

如果您正在阅读本文，您可能已经阅读过了最近关于4M碳纤维公司（美国田纳西州，诺克斯维尔）的CW复材世界新闻故事，以及其与美国橡树岭国家实验室（ORNL，诺克斯维尔，美国田纳西州）、RMX Technologies、LLC（美国田纳西州诺克斯维尔）以及田纳西大学合作持续致力于用纺织级PAN（聚丙烯腈）原丝生产标准模量碳纤维的相关新闻报道（以下是CW新闻报道的链接：

https:/www.compositesworld.com/news/4m-oak-ridge-national-lab-and-rmx-technologies-to-manufacture-low-cost-carbon-fiber-from-textile-pan-).

根据能源部能源效率和可再生能源办公室（EERE，华盛顿特区，美国）的关于等离子体氧化的“成功案例”里所说，该项目于2004年启动。

（以下为链接：https：//www.energy.gov / eere / articles / eere-success-story-plasma-oxidation-carbon-fiber-precursor）。EERE的案例大致是说，RMX与ORNL合作开发了一种等离子氧化工艺，以取代热炉以氧化或稳定PAN前驱体。

众所周知，大约一半的碳纤维生产成本由PAN前体或原材料代表; 其余一半的成本来自PAN到碳纤维的转换过程，4M碳纤维公司表示。许多国际碳纤维制造商已经证明等离子氧化技术能更快、消耗更少的能量来制造质量更好的纤维。

EERE解释说，传统的热炉需要大量的能量，并使用空气中的分子氧来氧化PAN; 这个过程耗能低，成本高，占碳纤维总体制造成本的18％，而且需要120分钟才能完成。

RMX与ORNL合作开发了能够从空气中产生高反应性气体的工艺和硬件，与PAN反应的速度比分子氧快得多，将处理时间缩短到30分钟以内，能耗降低75％。此外，等离子氧化炉的产量相当于热炉的三分之一长度，这可能使生产设备更小。 EERE的故事说等离子体氧化有可能显着降低碳纤维制造的成本。

2015年，我也参与了这次在田纳西州诺克斯维尔举行的CW碳纤维会议，当时RMX首先提供了这些信息，并宣布成立4M工业氧化工艺以实现工艺流程的商业化。当时，著名的碳纤维氧化和碳化设备制造商C.A. Litzler（美国俄亥俄州克利夫兰市）宣布将向市场提供等离子氧化炉。以上公司还宣布与丙烯酸纤维生产商Dralon GmbH合作，将低成本工业碳纤维推向市场。

4M碳纤维公司（4M Industrial Oxidation的新名称）表示，其目标是证明标准模数碳纤维可以由纺织级PAN前体制成，其使用的能源少得多，处理时间还不到一半，从而能将碳纤维制造成本降低约50％。 Litzler正在与RMX合作开发等离子氧化设备，并表示其等离子工艺将氧化时间减少2.5至3倍，达到25至35分钟。 Litzler说，与传统设备相比，该等离子工艺生产出的纤维具有相同或更好的机械性能。 RMX董事会成员兼RMX子公司4M碳纤维科技公司总裁Rodney G. Grubb表示，4M公司一年以来一直与Litzler合作开发设计，并且在将等离子技术从中试规模扩大到生产规模方面取得了进展。

4M碳纤维技术公司称，将这项技术的优势与低成本的纺织纤维相结合，有可能将碳纤维制造费用减少一半。这将使碳纤维更多地用于汽车轻量化，并为这些受高昂制造成本制约的碳纤维开辟更多的市场。