碳纖維國(guó)內(nèi)技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)狀簡(jiǎn)介.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考國(guó)內(nèi)碳纖維技術(shù)及生產(chǎn)現(xiàn)狀我國(guó)從20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始研制碳纖維，歷經(jīng)近40年的漫長(zhǎng)歷程。在此期間，由于國(guó)外把碳纖維生產(chǎn)技術(shù)列入禁運(yùn)之列，嚴(yán)格控制封鎖，制約了我國(guó)碳纖維工業(yè)的發(fā)展。我國(guó)科技工作者發(fā)揚(yáng)自力更生的精神，從無(wú)到有，逐步建成了碳纖維的工業(yè)雛型。20世紀(jì)70年代初突破連續(xù)化工藝，1976年在中科院山西煤炭化學(xué)研究所建成我國(guó)第一條PAN基碳纖維擴(kuò)大試驗(yàn)生產(chǎn)線，當(dāng)時(shí)生產(chǎn)能力為2t/a。20世紀(jì)80年代開(kāi)展了高強(qiáng)型碳纖維的研究，于1998年建成一條新的中試生產(chǎn)線，規(guī)模為40t/a。我國(guó)主要研究單位有中科院山西煤化所、上海合纖所、北京化工大學(xué)、山東工業(yè)大學(xué)、東華大學(xué)、安徽大學(xué)、浙江大學(xué)、長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)等。我國(guó)目前使用碳纖維量約占世界用量的1/5。巨大的市場(chǎng)潛力，供不應(yīng)求的局面，必然促進(jìn)我國(guó)碳纖維工業(yè)的發(fā)展。但是，要想進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)，一是要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，二是要求價(jià)位相當(dāng)。針對(duì)我國(guó)碳纖維工業(yè)的現(xiàn)狀，需首先解決高性能PAN原絲的質(zhì)量，在這基礎(chǔ)上才有可能產(chǎn)業(yè)化，這是進(jìn)市場(chǎng)的前提；同時(shí)，還需進(jìn)行預(yù)氧化，碳化，石墨化設(shè)備及表面處理裝置的工程化開(kāi)發(fā)，使其形成規(guī)?；a(chǎn)能力，才能在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低成本。目前，內(nèi)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)碳纖維的呼聲很高，發(fā)展趨勢(shì)令人鼓舞。但由于對(duì)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的建議目前我國(guó)高性能碳纖維無(wú)論在質(zhì)量上還是數(shù)量上與國(guó)外相比還有一定差距，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了需求。為此，盡快研究和發(fā)展我國(guó)自己的高性能碳纖維材料已迫在眉睫。碳纖維是一門(mén)多學(xué)科交叉、多技術(shù)集成的系統(tǒng)工程，質(zhì)量的提升涉及到方方面面。以下幾個(gè)方面應(yīng)優(yōu)先考慮。1、提高PAN原絲質(zhì)量PAN原絲不僅影響碳纖維的質(zhì)量，而且影響其產(chǎn)量和生產(chǎn)成本。換言之，只有高質(zhì)量的原絲才能生產(chǎn)出高性能碳纖維，才能穩(wěn)定生產(chǎn)，提高產(chǎn)量，降低成本。對(duì)于現(xiàn)代碳纖維生產(chǎn)線，要求喂入絲束數(shù)在100以上，且高速運(yùn)行；如果原絲質(zhì)量低劣、彼此性能差異較大，易在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生毛絲纏結(jié)，甚至發(fā)生斷絲，很難穩(wěn)定生產(chǎn)，這樣必然加大原絲的損耗。對(duì)于質(zhì)量好的PAN原絲。用2.0kg以下的原絲可生產(chǎn)出1kg碳纖維；而質(zhì)量差的原絲，則需2.5kg，甚至更高，這必然加大生產(chǎn)成本，而原絲成本占碳纖維生產(chǎn)成本的5065。所以，PAN原絲質(zhì)量不僅可左右碳纖維的性能,而且也制約著碳纖維的生產(chǎn)成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2、研制高純度原絲研制高純度原絲可把先天性缺陷降低到最小程度，大量檢測(cè)表明，國(guó)產(chǎn)原絲和碳纖維所含堿、堿土金屬和鐵的含量比國(guó)外大得多。堿、堿土金屬和鐵的存在不僅影響聚合和紡絲的性能穩(wěn)定性，而且在高溫碳化過(guò)程中逸走而殘留下孔隙，所以，聚合所用原料要純，紡絲空間應(yīng)潔凈化，所用設(shè)備應(yīng)耐腐蝕。另外，原絲高強(qiáng)化經(jīng)測(cè)試和有關(guān)資料表明，我國(guó)PAN原絲強(qiáng)度(力)比較低，而國(guó)外PAN原絲強(qiáng)度(力)一般在60gd以上。在一定范圍內(nèi)，碳纖維的拉伸強(qiáng)度隨著原絲強(qiáng)力的提高而提高，而提高原絲強(qiáng)力的技術(shù)措施之一是相應(yīng)提高PAN樹(shù)脂的分子量。細(xì)旦化高強(qiáng)度碳纖維的發(fā)展趨勢(shì)之一是單絲直徑較細(xì)。直徑越細(xì)，包含大缺陷的幾率越少，尺寸效應(yīng)就越顯著。均質(zhì)化主要是纖維橫截面由表及里結(jié)構(gòu)均勻，性能一致。這就要求PAN原絲、預(yù)氧化纖維和碳纖維無(wú)明顯的皮芯結(jié)構(gòu)。纖維的皮芯結(jié)構(gòu)易在凝固成纖過(guò)程或預(yù)氧化熱處理過(guò)程產(chǎn)生，最佳工藝條件的選擇則十分重要。細(xì)晶化對(duì)于脆性材料，缺陷大小與微晶尺寸視為同一數(shù)量級(jí)。細(xì)晶化有利于對(duì)缺陷的控制和碳纖維抗拉強(qiáng)度的提高，特別是壓縮強(qiáng)度的提高。細(xì)晶化應(yīng)從聚合開(kāi)始，貫穿于生產(chǎn)碳纖維的全過(guò)程。擴(kuò)大生產(chǎn)線規(guī)模除PAN原絲質(zhì)量外，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模也是降低成本的有效途徑。3、增強(qiáng)拉伸強(qiáng)度碳纖維是由有機(jī)PAN纖維經(jīng)過(guò)一系列熱處理轉(zhuǎn)化而來(lái)的。碳纖維屬于脆性材料，拉伸強(qiáng)度等性能受控于各類(lèi)缺陷。因此，在一定意義上來(lái)講，提高碳纖維的拉伸強(qiáng)度等性能就是采取技術(shù)措施減少缺陷數(shù)目、減小缺陷尺寸的過(guò)程。從碳纖維的缺陷產(chǎn)生可大致分為兩類(lèi)：一類(lèi)是先天性缺陷，由PAN原絲“遺傳”給碳纖維；第二類(lèi)是后天性缺陷，在預(yù)氧化、碳化等一系列后處理過(guò)程中產(chǎn)生。從缺陷在碳纖維中所處的位置又可分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類(lèi)，而表面缺陷占缺陷總數(shù)的90左右。對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響要比內(nèi)部缺陷大得多。所以，在生產(chǎn)碳纖維全過(guò)程中(從聚合開(kāi)始到碳纖維收絲)都要關(guān)注缺陷的產(chǎn)生和演變以及控制缺陷的技術(shù)措施，其中包括油劑質(zhì)量和上油劑工藝。這也是提高碳纖維拉伸強(qiáng)度的主要途徑。碳纖維的理論強(qiáng)度為180GPa，目前世界上強(qiáng)度最高的碳纖維T1000(日本東麗公司)的拉伸強(qiáng)度也僅是理論值的3.9，而國(guó)產(chǎn)碳纖維的拉伸強(qiáng)度則更低，所以提高碳纖維的拉伸強(qiáng)度有很大的潛力和空間。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)碳纖維的需求與日俱增，而加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是我國(guó)碳纖維加快發(fā)展實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)的新技術(shù)如下：(1)高性能原絲制備技術(shù)：一種擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本、高效率，適用于制備高性能T700碳纖維原絲的高品質(zhì)丙烯腈成纖聚合物原材料純化技術(shù)，由長(zhǎng)春應(yīng)化所研究成功并通過(guò)了吉林省科技廳組織的鑒定。專(zhuān)家認(rèn)為，該技術(shù)整體居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。高性能原絲制備技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功可徹底改變我國(guó)碳纖維制備技術(shù)落后的不利局面，對(duì)提升我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平具有重要意義。(2)航天級(jí)高純粘膠基碳纖維：由東華大學(xué)研制成功的性能穩(wěn)定、質(zhì)量合格的航天級(jí)高純粘膠基碳纖維，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，而且為國(guó)家戰(zhàn)略武器用碳纖維材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。研制的粘膠基碳纖維具有高純度、低密度、高斷裂應(yīng)變、低熱導(dǎo)率和耐燒蝕等優(yōu)良特性，是特種防熱層材料，其性能大大超過(guò)原碳布路線的產(chǎn)品。過(guò)去世界上只有美國(guó)和俄羅斯掌握這一技術(shù)，而東華大學(xué)潘鼎教授領(lǐng)銜的課題組先后攻克了原絲關(guān)、工藝關(guān)、強(qiáng)度關(guān)、排廢關(guān)，在原絲質(zhì)量指標(biāo)確定、稀緯帶炭化技術(shù)、有機(jī)和無(wú)機(jī)混合型催化體系、連續(xù)純化工藝、空氣介質(zhì)低溫?zé)崽幚砗蛢啥闻沤沟裙に嚰夹g(shù)和裝置方面取得了一系列原創(chuàng)性成果，解決了六大關(guān)鍵技術(shù)難題，使我國(guó)成為世界上第3個(gè)掌握這一技術(shù)的國(guó)家。（3)碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)織物：由上海紡織科學(xué)院研制的碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)織物是一種高科技含量的產(chǎn)品，該纖維采用國(guó)外進(jìn)口高性能碳纖維加工而成。具有高強(qiáng)高效、耐久耐腐、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是用配套樹(shù)脂將碳纖維織物粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面。起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)及抗震加固作用。廣泛用于梁、柱、板、墻等的補(bǔ)強(qiáng)，也可用于橋梁、隧道水壩等其他土木工程的加固。國(guó)內(nèi)各地區(qū)碳纖維有關(guān)的技術(shù)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)情況：下面分別對(duì)各區(qū)的開(kāi)發(fā)情況作一簡(jiǎn)介。 1、上海地區(qū)。最近上海石化公司召開(kāi)了碳纖維原絲發(fā)展研討會(huì)，該公司準(zhǔn)備投資過(guò)億元，采用NaSCN一步法生產(chǎn)數(shù)千噸PAN基原絲，真正形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。上海星樓實(shí)業(yè)有限公司也制定了一套碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展計(jì)劃，擬建立400t/a大絲束碳纖維生產(chǎn)線，總投資也超億元（包括下游產(chǎn)品）。此外，上海市合纖所采用亞砜?jī)刹椒ㄑ兄坪托∨可a(chǎn)PAN基原絲以及碳纖維；上海碳素廠也有小型碳化線及碳纖維下游產(chǎn)品。2、安徽地區(qū)。“十五”期間，國(guó)家已批準(zhǔn)在安微蚌埠建立500t/aPAN原絲和 200t/a碳纖維生產(chǎn)線，總投資過(guò)億元。PAN原絲采用亞砜一步法，技術(shù)由國(guó)外引進(jìn)；產(chǎn)品以12K的T300級(jí)碳纖維為主，并準(zhǔn)備引進(jìn)成熟的預(yù)浸料生產(chǎn)線。華皖集團(tuán)（原蚌埠燈芯集團(tuán)公司）二期建設(shè)規(guī)模將使碳纖維產(chǎn)量翻一番，達(dá)到400t/a。下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也列入發(fā)展規(guī)劃。3、浙江地區(qū)。中寶碳纖維責(zé)任有限公司在浙江嘉興擬建400t/a大絲束碳纖維生產(chǎn)線，技術(shù)和設(shè)備引進(jìn)，投資數(shù)億元，并配套300萬(wàn)m2預(yù)浸料。該項(xiàng)目國(guó)家已批準(zhǔn)，并積極開(kāi)展了前期論證和考查工作。根據(jù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)動(dòng)向及投資與回報(bào)等問(wèn)題，暫緩建立碳纖維生產(chǎn)線，而集中力量開(kāi)發(fā)預(yù)浸料等下游產(chǎn)品。同時(shí)，還成立了浙江省碳纖維工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，全面推進(jìn)碳纖維事業(yè)。4、廣西地區(qū)。桂林市化纖總廠擬建200t/a碳纖維生產(chǎn)線，產(chǎn)品為3-12 K的小絲束碳纖維，投資也過(guò)億元。5、山東地區(qū)。山東省已把碳纖維列入全省十大高技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程首位項(xiàng)目。有以下幾個(gè)單位從事碳纖維及其制品的研究與生產(chǎn)，或準(zhǔn)備介入碳纖維事業(yè)。 1） 山東天泰碳纖維有限責(zé)任公司。作為國(guó)家計(jì)委示范工程將建立400t/a投產(chǎn)后，再翻一番到800t/a，投資超億元。技術(shù)協(xié)作單位是山東工業(yè)大學(xué)等。同時(shí)該公司積極開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)多種下游產(chǎn)品。 2） 青島將建立500t/a左右的碳纖維生產(chǎn)線，青島化工學(xué)院高分子工程材料研究所（恒晨公司）的介入，引起國(guó)內(nèi)同行們的極大關(guān)注。 3） 山東威海光威漁具集團(tuán)有限公司主要從事釣魚(yú)竿生產(chǎn)，碳纖維預(yù)浸布的規(guī)格有30余種。根據(jù)發(fā)展趨勢(shì)，有可能向上游即PAN基原絲和碳纖維發(fā)展。此外，山東省東營(yíng)生產(chǎn)力促進(jìn)中心也在考慮招商引資建立碳纖維生產(chǎn)線，認(rèn)為石油等工業(yè)是碳纖維的潛在市場(chǎng)。6、北京化工大學(xué)與吉化公司樹(shù)脂廠，將依靠自己的技術(shù)建立500t/a原絲和 200t/a碳纖維生產(chǎn)線。放棄硝酸法，采用亞砜一步法技術(shù)路線生產(chǎn)原絲。目前，正在進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)。7、蘭化集團(tuán)化纖廠已有100t/a原絲生產(chǎn)線和預(yù)氧化生產(chǎn)裝置，計(jì)劃配套碳化裝置生產(chǎn)碳纖維。原絲采用NaSCN一步法。該單位的睛綸生產(chǎn)線是我國(guó)從國(guó)外首次引進(jìn)的，有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累。8、吉林碳素廠是我國(guó)小絲束碳纖維生產(chǎn)基地，已向用戶(hù)提供50余噸小絲束碳纖維，為國(guó)家作出了積極貢獻(xiàn)。目前，該廠正在建立新的小絲束碳纖維生產(chǎn)線，擴(kuò)大產(chǎn)量，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。9、中科院山西煤化所研制碳纖維已有30多年歷史。在70年代中期，建成我國(guó)第一條纖維中試生產(chǎn)線；在90年代末期，又建成我國(guó)第一條纖維中試生產(chǎn)線；在 90年代末期，又建成我國(guó)第一條噸級(jí)粘膠基碳纖維生產(chǎn)線。已形成規(guī)模并有一定生產(chǎn)能力的廠家如下：碳纖維生產(chǎn)廠：中鋼吉碳，威海拓展，大連興科，甘肅郝氏，連云港神鷹等等。碳纖維原絲生產(chǎn)廠：吉林化工，揚(yáng)州惠通，連云港神鷹，山西恒天，威海拓展等等。其中威海拓展，連云港神鷹整體規(guī)劃規(guī)模較大，長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃年生產(chǎn)量萬(wàn)噸以上。1、威海拓展纖維有限公司威海拓展纖維有限公司建設(shè)在威海工業(yè)園區(qū)內(nèi)，總規(guī)劃用地面積1000畝，總投資額為36億元人民幣，總建設(shè)時(shí)間2009年完工，項(xiàng)目主要分為兩大區(qū)域開(kāi)展建設(shè)，達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)原絲2.5萬(wàn)噸、碳纖維1萬(wàn)噸，碳纖維及復(fù)合材料園區(qū)全部建成后，年可實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入114億元，實(shí)現(xiàn)利稅22.75億元，利潤(rùn)17.1億元。2、連云港中復(fù)神鷹復(fù)合材料公司連云港大浦園區(qū)中復(fù)神鷹是中國(guó)目前僅有的能自主生產(chǎn)原絲、碳絲的企業(yè)。自去年實(shí)施T300級(jí)PAN基萬(wàn)噸碳纖維國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目以來(lái)，計(jì)劃在2010年年底前建成國(guó)內(nèi)最大的、完全國(guó)產(chǎn)化的萬(wàn)噸碳纖維生產(chǎn)基地。公司與國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)合作，整合實(shí)驗(yàn)室成果和工業(yè)化腈綸生產(chǎn)控制技術(shù)，集成創(chuàng)新千噸級(jí)聚丙烯腈原絲及碳纖維工程化生產(chǎn)技術(shù)，可規(guī)?；a(chǎn)性能穩(wěn)定的PAN原絲及1K、2K、3K、6K、12K等規(guī)格的T300碳纖維。目前中復(fù)神鷹的千噸碳纖維的生產(chǎn)線正在緊張安裝、調(diào)試中。中復(fù)連眾是目前中國(guó)最大的兆瓦級(jí)風(fēng)電葉片制造商。2007年，發(fā)出葉片超過(guò)300套，其中配套的200余臺(tái)風(fēng)電機(jī)組在山東威海、江蘇東臺(tái)、吉林通榆、吉林長(zhǎng)嶺、遼寧興城、寧夏寧東、遼寧阜東等11個(gè)風(fēng)場(chǎng)安裝運(yùn)行。3、吉化碳纖維項(xiàng)目研發(fā)及生產(chǎn)歷程吉化是在“六五”期間開(kāi)始碳纖維項(xiàng)目的研發(fā)工作。在“七五”期間開(kāi)發(fā)出了硝酸一步法PAN原絲專(zhuān)利技術(shù)并建成了9噸/年的中試裝置。在“八五”期間建成了年產(chǎn)15噸和72噸PAN原絲生產(chǎn)線，累計(jì)生產(chǎn)碳纖維及原絲產(chǎn)品400余噸。在“十五”期間建成了10噸/年DMSO（二甲基亞砜）法PAN原絲及5噸/年碳纖維中試裝置。目前，經(jīng)中油批準(zhǔn)并投資5.2億元在吉化上一條從原絲到碳纖維生產(chǎn)的年產(chǎn)百?lài)嵣a(chǎn)線。吉化碳纖維項(xiàng)目下一步工作安排2008年下半年實(shí)施新10噸/年碳化裝置的建設(shè)，開(kāi)展6KT300級(jí)產(chǎn)品的研制，做好新裝置調(diào)試及原裝置穩(wěn)定化運(yùn)行，提供新型號(hào)產(chǎn)品。2009年月，中試開(kāi)發(fā)T800工程化技術(shù)，向用戶(hù)提供批量T800產(chǎn)品用于應(yīng)用測(cè)試；確保百?lài)嵓?jí)碳纖維及配套原絲裝置在一季度投產(chǎn)，力爭(zhēng)年內(nèi)在百?lài)嵮b置上提供批量碳纖維產(chǎn)品，滿(mǎn)足國(guó)防需要；在百?lài)嵮b置開(kāi)車(chē)成功后，啟動(dòng)千噸級(jí)碳纖維及配套原絲裝置建設(shè)工作，確保裝置2010年建成投產(chǎn)。4、大連興科碳纖維有限公司簡(jiǎn)介1990年建立了年產(chǎn)10噸的碳纖維試驗(yàn)線，2001年建立了大連興科碳纖維有限公司，2007年完成了單線千噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。2001年11月百?lài)嵕€試生產(chǎn)，2003年3月320K大絲束通過(guò)碳化，2005年開(kāi)發(fā)出用于防火阻燃的預(yù)氧布，2006年用國(guó)產(chǎn)的原絲生產(chǎn)出T300的碳纖維，2007年生產(chǎn)出氫燃料電池中用的碳紙。目前該公司擁有2條90t/a碳纖維生產(chǎn)線。主要經(jīng)營(yíng)碳纖維生產(chǎn)流水線設(shè)備、系列規(guī)格碳纖維、預(yù)氧纖維、碳纖維復(fù)合材料制品。主要產(chǎn)品包括1K、3K、6K、12K至320K碳纖維絲、預(yù)氧絲、碳纖維布、防火保溫材料、發(fā)熱絲、電熱絲等各種碳纖維制品。該公司不能自主生產(chǎn)聚丙烯腈原絲，原絲主要靠外購(gòu)，過(guò)去該公司曾受制于原絲的供應(yīng)不足。5、蘭州炭纖維廠甘肅郝氏炭纖維有限公司甘肅金炭研究所(HSCF)蘭州炭纖維廠創(chuàng)辦于1994年的一家高科技企業(yè)，并承擔(dān)了國(guó)家“863”星火計(jì)劃重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。企業(yè)總資產(chǎn)2100萬(wàn)元，固定資產(chǎn)1300萬(wàn)元，流動(dòng)資金800萬(wàn)元。企業(yè)占地面積10余畝，擁有年產(chǎn)70噸的炭纖維生產(chǎn)線一條；編織機(jī)10臺(tái)，可生產(chǎn)各種規(guī)格的炭布，年產(chǎn)15噸；大型炭化爐5臺(tái)，預(yù)氧化爐5臺(tái)，年產(chǎn)粘膠基炭纖維10噸，炭氈30噸。年總產(chǎn)值3700余萬(wàn)元。甘肅郝氏炭纖維有限公司成立于2003年初，是一家具有獨(dú)立經(jīng)營(yíng)