碳纖維國內技術和生產現(xiàn)狀簡介

PAGEPAGE4國內碳纖維技術及生產現(xiàn)狀我國從20世紀60年代后期開始研制碳纖維，歷經近40年的漫長歷程。在此期間，由于國外把碳纖維生產技術列入禁運之列，嚴格控制封鎖，制約了我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展。我國科技工作者發(fā)揚自力更生的精神，從無到有，逐步建成了碳纖維的工業(yè)雛型。20世紀70年代初突破連續(xù)化工藝，1976年在中科院山西煤炭化學研究所建成我國第一條PAN基碳纖維擴大試驗生產線，當時生產能力為2t/a。20世紀80年代開展了高強型碳纖維的研究，于1998年建成一條新的中試生產線，規(guī)模為40t/a。我國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、山東工業(yè)大學、東華大學、安徽大學、浙江大學、長春工業(yè)大學等。我國目前使用碳纖維量約占世界用量的1/5。巨大的市場潛力，供不應求的局面，必然促進我國碳纖維工業(yè)的發(fā)展。但是，要想進入競爭的市場，一是要保證產品的質量，二是要求價位相當。針對我國碳纖維工業(yè)的現(xiàn)狀，需首先解決高性能PAN原絲的質量，在這基礎上才有可能產業(yè)化，這是進市場的前提；同時，還需進行預氧化，碳化，石墨化設備及表面處理裝置的工程化開發(fā)，使其形成規(guī)模化生產能力，才能在保證質量的基礎上降低成本。目前，內內研究開發(fā)以及生產碳纖維的呼聲很高，發(fā)展趨勢令人鼓舞。但由于對我國碳纖維產業(yè)發(fā)展的建議目前我國高性能碳纖維無論在質量上還是數(shù)量上與國外相比還有一定差距，遠遠滿足不了需求。為此，盡快研究和發(fā)展我國自己的高性能碳纖維材料已迫在眉睫。碳纖維是一門多學科交叉、多技術集成的系統(tǒng)工程，質量的提升涉及到方方面面。以下幾個方面應優(yōu)先考慮。1、提高PAN原絲質量PAN原絲不僅影響碳纖維的質量，而且影響其產量和生產成本。換言之，只有高質量的原絲才能生產出高性能碳纖維，才能穩(wěn)定生產，提高產量，降低成本。對于現(xiàn)代碳纖維生產線，要求喂入絲束數(shù)在100以上，且高速運行；如果原絲質量低劣、彼此性能差異較大，易在生產過程中產生毛絲纏結，甚至發(fā)生斷絲，很難穩(wěn)定生產，這樣必然加大原絲的損耗。對于質量好的PAN原絲。用2.0kg以下的原絲可生產出1kg碳纖維；而質量差的原絲，則需2.5kg，甚至更高，這必然加大生產成本，而原絲成本占碳纖維生產成本的50％～65％。所以，PAN原絲質量不僅可左右碳纖維的性能,而且也制約著碳纖維的生產成本和市場競爭力。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，大量檢測表明，國產原絲和碳纖維所含堿、堿土金屬和鐵的含量比國外大得多。堿、堿土金屬和鐵的存在不僅影響聚合和紡底改變我國碳纖維制備技術落后的不利局面，對提升我國碳纖維產業(yè)發(fā)展水平具有重要意義。(2)航天級高純粘膠基碳纖維：由東華大學研制成功的性能穩(wěn)定、質量合格的航天級高純粘膠基碳纖維，填補了國內空白，而且為國家戰(zhàn)略武器用碳纖維材料的發(fā)展奠定了基礎。研制的粘膠基碳纖維具有高純度、低密度、高斷裂應變、低熱導率和耐燒蝕等優(yōu)良特性，是特種防熱層材料，其性能大大超過原碳布路線的產品。過去世界上只有美國和俄羅斯掌握這一技術，而東華大學潘鼎教授領銜的課題組先后攻克了原絲關、工藝關、強度關、排廢關，在原絲質量指標確定、稀緯帶炭化技術、有機和無機混合型催化體系、連續(xù)純化工藝、空氣介質低溫熱處理和兩段排焦等工藝技術和裝置方面取得了一系列原創(chuàng)性成果，解決了六大關鍵技術難題，使我國成為世界上第3個掌握這一技術的國家。（3)碳纖維加固補強織物：由上海紡織科學院研制的碳纖維加固補強織物是一種高科技含量的產品，該纖維采用國外進口高性能碳纖維加工而成。具有高強高效、耐久耐腐、質量輕等特點。補強技術是用配套樹脂將碳纖維織物粘貼于混凝土結構表面。起到結構補強及抗震加固作用。廣泛用于梁、柱、板、墻等的補強，也可用于橋梁、隧道水壩等其他土木工程的加固。國內各地區(qū)碳纖維有關的技術及產品開發(fā)情況：下面分別對各區(qū)的開發(fā)情況作一簡介。1、上海地區(qū)。最近上海石化公司召開了碳纖維原絲發(fā)展研討會，該公司準備投資過億元，采用NaSCN一步法生產數(shù)千噸PAN基原絲，真正形成工業(yè)規(guī)模生產。上海星樓實業(yè)有限公司也制定了一套碳纖維產業(yè)化發(fā)展計劃，擬建立400t/a大絲束碳纖維生產線，總投資也超億元（包括下游產品）。此外，上海市合纖所采用亞砜兩步法研制和小批量生產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品。2、安徽地區(qū)?！笆濉逼陂g，國家已批準在安微蚌埠建立500t/aPAN原絲和200t/a碳纖維生產線，總投資過億元。PAN原絲采用亞砜一步法，技術由國外引進；產品以12K的T300級碳纖維為主，并準備引進成熟的預浸料生產線。華皖集團（原蚌埠燈芯集團公司）二期建設規(guī)模將使碳纖維產量翻一番，達到400t/a。下游產品的開發(fā)也列入發(fā)展規(guī)劃。3、浙江地區(qū)。中寶碳纖維責任有限公司在浙江嘉興擬建400t/a大絲束碳纖維生產線，技術和設備引進，投資數(shù)億元，并配套300萬m2預浸料。該項目國家已批準，并積極開展了前期論證和考查工作。根據國內外市場動向及投資與回報等問題，暫緩建立碳纖維生產線，而集中力量開發(fā)預浸料等下游產品。同時，還成立了浙江省碳纖維工程技術研究開發(fā)中心，全面推進碳纖維事業(yè)。4、廣西地區(qū)。桂林市化纖總廠擬建200t/a碳纖維生產線，產品為3-12K的小絲束碳纖維，投資也過億元。5、山東地區(qū)。山東省已把碳纖維列入全省十大高技術產品開發(fā)工程首位項目。有以下幾個單位從事碳纖維及其制品的研究與生產，或準備介入碳纖維事業(yè)。1）山東天泰碳纖維有限責任公司。作為國家計委示范工程將建立400t/a投產后，再翻一番到800t/a，投資超億元。技術協(xié)作單位是山東工業(yè)大學等。同時該公司積極開發(fā)和生產多種下游產品。2）青島將建立500t/a左右的碳纖維生產線，青島化工學院高分子工程材料研究所（恒晨公司）的介入，引起國內同行們的極大關注。3）山東威海光威漁具集團有限公司主要從事釣魚竿生產，碳纖維預浸布的規(guī)格有30余種。根據發(fā)展趨勢，有可能向上游即PAN基原絲和碳纖維發(fā)展。此外，山東省東營生產力促進中心也在考慮招商引資建立碳纖維生產線，認為石油等工業(yè)是碳纖維的潛在市場。6、北京化工大學與吉化公司樹脂廠，將依靠自己的技術建立500t/a原絲和200t/a碳纖維生產線。放棄硝酸法，采用亞砜一步法技術路線生產原絲。目前，正在進行中試實驗。7、蘭化集團化纖廠已有100t/a原絲生產線和預氧化生產裝置，計劃配套碳化裝置生產碳纖維。原絲采用NaSCN一步法。該單位的睛綸生產線是我國從國外首次引進的，有豐富的生產經驗和技術積累。8、吉林碳素廠是我國小絲束碳纖維生產基地，已向用戶提供50余噸小絲束碳纖維，為國家作出了積極貢獻。目前，該廠正在建立新的小絲束碳纖維生產線，擴大產量，以滿足市場需求。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，建成我國第一條纖維中試生產線；在90年代末期，又建成我國第一條纖維中試生產線；在90年代末期，又建成我國第一條噸級粘膠基碳纖維生產線。已形成規(guī)模并有一定生產能力的廠家如下：碳纖維生產廠：中鋼吉碳，威海拓展，大連興科，甘肅郝氏，連云港神鷹等等。碳纖維原絲生產廠：吉林化工，揚州惠通，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，長遠計劃年生產量萬噸以上。1、威海拓展纖維有限公司威海拓展纖維有限公司建設在威海工業(yè)園區(qū)內，總規(guī)劃用地面積1000畝，總投資額為36億元人民幣，總建設時間2009年完工，項目主要分為兩大區(qū)域開展建設，達產后年產原絲2.5萬噸、碳纖維1萬噸，碳纖維及復合材料園區(qū)全部建成后，年可實現(xiàn)銷售收入114億元，實現(xiàn)利稅22.75億元，利潤17.1億元。2、連云港中復神鷹復合材料公司連云港大浦園區(qū)中復神鷹是中國目前僅有的能自主生產原絲、碳絲的企業(yè)。自去年實施T300級PAN基萬噸碳纖維國產化項目以來，計劃在2010年年底前建成國內最大的、完全國產化的萬噸碳纖維生產基地。公司與國內科研機構合作，整合實驗室成果和工業(yè)化腈綸生產控制技術，集成創(chuàng)新千噸級聚丙烯腈原絲及碳纖維工程化生產技術，可規(guī)?；a性能穩(wěn)定的PAN原絲及1K、2K、3K、6K、12K等規(guī)格的T300碳纖維。目前中復神鷹的千噸碳纖維的生產線正在緊張安裝、調試中。中復連眾是目前中國最大的兆瓦級風電葉片制造商。2007年，發(fā)出葉片超過300套，其中配套的200余臺風電機組在山東威海、江蘇東臺、吉林通榆、吉林長嶺、遼寧興城、寧夏寧東、遼寧阜東等11個風場安裝運行。3、吉化碳纖維項目研發(fā)及生產歷程吉化是在“六五”期間開始碳纖維項目的研發(fā)工作。在“七五”期間開發(fā)出了硝酸一步法PAN原絲專利技術并建成了9噸/年的中試裝置。在“八五”期間建成了年產15噸和72噸PAN原絲生產線，累計生產碳纖維及原絲產品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，經中油批準并投資5.2億元在吉化上一條從原絲到碳纖維生產的年產百噸生產線。吉化碳纖維項目下一步工作安排2008年下半年實施新10噸/年碳化裝置的建設，開展6KT300級產品的研制，做好新裝置調試及原裝置穩(wěn)定化運行，提供新型號產品。2009年月，中試開發(fā)T800工程化技術，向用戶提供批量T800產品用于應用測試；確保百噸級碳纖維及配套原絲裝置在一季度投產，力爭年內在百噸裝置上提供批量碳纖維產品，滿足國防需要；在百噸裝置開車成功后，啟動千噸級碳纖維及配套原絲裝置建設工作，確保裝置2010年建成投產。4、大連興科碳纖維有限公司簡介1990年建立了年產10噸的碳纖維試驗線，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碳纖維生產線的設計。2001年11月百噸線試生產，2003年3月320K大絲束通過碳化，2005年開發(fā)出用于防火阻燃的預氧布，2006年用國產的原絲生產出T300的碳纖維，2007年生產出氫燃料電池中用的碳紙。目前該公司擁有2條90t/a碳纖維生產線。主要經營碳纖維生產流水線設備、系列規(guī)格碳纖維、預氧纖維、碳纖維復合材料制品。主要產品包括1K、3K、6K、12K至320K碳纖維絲、預氧絲、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聚丙烯腈原絲，原絲主要靠外購，過去該公司曾受制于原絲的供應不足。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)，并承擔了國家“863”甘肅郝氏炭纖維有限公司成立于2003年初，是一家具有獨立經營核算的股份制企業(yè)，企業(yè)占地30余畝，擁用現(xiàn)代生產車間5400多平方米，總資產4000萬元。綜上所述，國內PAN基