国家标准计划《碳纤维 组成元素的测定 仪器分析法》由 TC572（全国碳纤维标准化技术委员会）归口 ，主管部门为国家标准委。

主要起草单位 中复神鹰碳纤维股份有限公司 、南京玻璃纤维研究设计院有限公司 。

立项必要性： 碳纤维凭借优异的材料性能，作为关键基础材料，与公共安全、运动消费品、高端装备制造、服务业等多领域融合，发挥作用愈发明显。

为更好地落实《国家标准化发展纲要》 提出的推动标准化与科技创新互动发展、提升关键材料产业标准化水平的要求，故需加快碳纤维标准制修订进程，促进碳纤维产业高质量发展、推动质量强国建设。

对占市场份额90%以上的聚丙烯睛基碳纤维而言，经多步工艺最终得到碳纤维产品，但不同系列、不同反应阶段，元素含量有一定差异性。

以日本东丽 T800和T1000碳纤维为例，两者模量相同、直径相同、抗拉强度却相差近900MPa，其元素间存在明显差异性。

此外，纤维随着碳化温度的升高，非碳元素含量逐渐减少，碳元素含量增加。

研究表明，碳和非碳元素均对碳纤维性能有重要影响。

所以，准确表征纤维中元素含量，有利于为制备高性能碳纤维提供技术支撑。

预氧化是制备碳纤维的关键工艺，几乎同时发生环化、脱氢和氧化反应，对于碳纤维性能、碳收益、生产效率具有重要影响。

来看一个实例：经不同时间预氧化的纤维，氧含量随着时间的增加而提高，纤维强度提高。

但氧含量过高，在碳化过程中会释放过多气体，产生气孔和裂缝，反而导致纤维强度的下降。

为提高丙烯腈聚合反应的转化率，通常选用含硫有机物作为聚合反应的溶剂。

但含硫物质残留将导致纤维缺陷增多，影响碳纤维性能。

在低温碳化阶段，裂解反应释放出小分子和低聚体化合物；在高温碳化阶段，缩聚反应释放出大量HCN和N2，使纤维含碳量达到 90%以上。

上述过程，涉及元素变化，纤维内部分子结构发生交联化和网络化，从而提升纤维强度和模量。

在碳化、石墨化过程中，均会发生脱氮反应，以得到微晶结构排列有序的高性能纤维。

普通碳纤维制备高模过程中，氮元素含量是降低的，但拉伸模量呈现上升趋势，对于不同模量的碳纤维，开阔了弯角、弯曲等结构设计的领域，进一步印证了非碳元素对碳纤维性能和应用的影响。

本文件规定了一种测定碳纤维中元素含量的方法，所测元素全面，包含碳、氮、氢、氧、硫五种元素，测定数据准确度高、操作安全、需耗材少。

文件提出后，将规范检测行为、为高性能原丝、预氧丝及碳纤维规模化生产、性能提升提供技术支撑，提升关键材料产业标准化水平，填补标准空白。

由于原丝、碳纤维的性能优势，应用领域不断拓展，国内外对其需求不断增加，2023年中国所需碳纤维涉及费用高达15亿美元。

为生产高附加值碳纤维，实现国产替代进口，从国家层面制定元素检测标准，对保障碳纤维行业相关产品的安全和质量、推动质量强国建设具有重要意义。

项目可行性： 本文件通过对现有方法的优化，明确注入气体时间、流量等要素，使用仪器分析得到元素含量分析结果，该方法准确度高、重复性好，我标准化小组多次开展比对试验，结果均处于允许绝对误差范围内。

同时，该方法安全环保，技术成熟、简便高效。

范围：本文件规定了测定碳纤维中碳、氮、氢、氧、硫元素含量的方法，本文件适用于碳纤维丝束、长丝、短纤维、机织物、编织物和针织物等碳纤维及制品，原丝、预氧丝可参照使用。 主要技术内容：包括明确试验条件、样品预处理和制备、操作参数设置、标准曲线建立、外标法定量结果分析等内容。