碳纖維按照絲束大小可分為小絲束和大絲束。碳纖維的一個重要的指標是每束碳纖維中所含單纖維的根數:小絲束碳纖維,通常指碳纖維根數在 48000 根以下(不含48000)的纖維束,包括 1K,3K,6K,12K,24k 等,主要用于國防軍工、航空航天等高端技術領域,產量低、成本高,價格高,被稱為“宇航級材料”;大絲束碳纖維,通常指碳纖維根數在 48000 根即 48k 或以上的纖維束,包括 48K,50k,60K,廣泛用于紡織、醫藥衛生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等工業和民用領域,成本低,但生產控制難度大,被稱為“工業級材料”。
碳纖維大絲束的制作工藝主要采用聚合的兩步法和紡絲的濕法。在碳纖維的制備過程中,原絲的制備過程是決定碳纖維性能的關鍵。原絲的兩個重要環節為聚合和紡絲,聚合是將丙烯腈單體聚合成紡絲液,紡絲決定了原絲的性能。聚合按工藝不同可分為一步法和二步法,小絲束主要采用聚合轉化率高,工藝流程短的一步法,大絲束更適合二步法。紡絲過程分為干法、濕法、干濕法,大絲束主要采用濕法工藝:將聚合物溶于溶劑中,通過噴絲孔噴出細流,進入凝固浴形成纖維,最后再將初生纖維卷裝或直接進行后處理。濕法成本較低, 但紡速較慢。
相較于小絲束,大絲束產能在性能上偏弱,但性價比較強。從大絲束生產工藝可看出其生產成本較低,這也是大絲束的核心競爭力。從性能上來看:大絲束碳纖維拉伸強度 3.5-5.0 GPa、拉伸模量 230-290GPa。相比之下,小絲束碳纖維力學性能更加優異,拉伸強度 3.5-7.0 GPa、拉伸模量 230-650GPa。從成本上看:大絲束原絲成本比小絲束低,且大絲束碳纖維售價只有小絲束的 50-60%。