楊朝勇 白榮光 (神馬實業(yè)股份有限公司，平頂山，467000)

我國聚丙烯腈基碳纖維發(fā)展技術(shù)水平及規(guī)模

楊朝勇 白榮光 (神馬實業(yè)股份有限公司，平頂山，467000)

碳纖維作為一種新型高性能纖維在航空航天業(yè)、化工機(jī)械、體育器械等方面有廣泛的應(yīng)用。在技術(shù)上，目前我國T300聚丙烯腈基碳纖維已實現(xiàn)了國產(chǎn)化，實驗室小試的聚丙烯腈基碳纖維性能相當(dāng)于T700的水平，且2010年有望通過中試而逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化;在規(guī)模上，2009年我國聚丙烯腈基碳纖維消費(fèi)量達(dá)到7 500 t/a，而當(dāng)年生產(chǎn)能力僅為90～200 t/a，其中高性能碳纖維以進(jìn)口產(chǎn)品為主。預(yù)測2010年我國聚丙烯腈基碳纖維消費(fèi)量將達(dá)到8 700 t。

碳纖維，技術(shù)水平，規(guī)模，T300，T700

碳纖維復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等獨(dú)特、卓越的理化性能，廣泛應(yīng)用在航空航天業(yè)的火箭、導(dǎo)彈和高速飛行器等，化工機(jī)械、交通工具、體育器械以及紡織及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用品。目前，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的碳纖維主要有粘膠基碳纖維、聚丙烯腈(PAN)基碳纖維和瀝青基碳纖維三種［1]，三種碳纖維中聚丙烯腈基碳纖維工藝成熟，制造成本低，纖維性能優(yōu)越。在國家政策扶持下，最近幾年我國各地碳纖維無論技術(shù)水平還是規(guī)模，都得到極大的提升;各種科研項目和工程的實施使我國高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)實現(xiàn)了技術(shù)突破，對滿足我國軍用、民用兩個市場的需要起到了較好的示范帶動作用;同時由于T300碳纖維實現(xiàn)了國產(chǎn)化，打破了國外壟斷，迫使進(jìn)口商品價格大幅度下降。

本文以聚丙烯腈基碳纖維為重點概述我國(內(nèi)地)碳纖維生產(chǎn)的技術(shù)水平及規(guī)模。

1 我國聚丙烯腈基碳纖維原絲企業(yè)技術(shù)水平及規(guī)模

我國研制碳纖維已有30多年歷史，至今高性能的聚丙烯腈基碳纖維未能產(chǎn)業(yè)化，關(guān)鍵因素之一就是國產(chǎn)碳纖維原絲的質(zhì)量沒有真正過關(guān)。聚丙烯腈基碳纖維原絲不僅對碳纖維質(zhì)量有著重大影響，而且占碳纖維生產(chǎn)成本的比重達(dá)到50%以上［2]，因此聚丙烯腈基碳纖維原絲質(zhì)量和成本對最終產(chǎn)品碳纖維的競爭力起著至關(guān)重要的作用。我國生產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維原絲技術(shù)比較成熟的企業(yè)有吉林奇峰化纖股份有限公司和山西恒天紡織新纖維科技有限公司。

1.1 吉林奇峰化纖股份有限公司

吉林奇峰化纖股份有限公司2006年起進(jìn)行聚丙烯腈基碳纖維原絲的技術(shù)研發(fā)，2008年2月年產(chǎn)100 t聚丙烯腈基碳纖維原絲實驗線正式投產(chǎn)，同年8月擴(kuò)能至150 t/a，全年生產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維原絲70 t。2008年4月承擔(dān)的聚丙烯腈基碳纖維原絲開發(fā)及中試項目通過吉林省科技廳專家鑒定，其聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)技術(shù)屬于自主研發(fā)技術(shù)，生產(chǎn)碳纖維原絲所用原料是中國石油吉林石化公司丙烯腈廠的丙烯腈，采用三元法水相懸浮聚合兩步法生產(chǎn)聚丙烯腈，二甲基乙酰胺為溶劑濕法生產(chǎn)碳纖維原絲。2009年組織年產(chǎn)5 000 t聚丙烯腈基碳纖維原絲項目建設(shè)，項目分兩期實施，一期主要是改造兩條聚丙烯腈纖維生產(chǎn)線，達(dá)到年產(chǎn)1 500 t能力;第二期擴(kuò)能至年產(chǎn)5 000 t;現(xiàn)年產(chǎn)100 t聚丙烯腈基碳纖維原絲，其產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)到日本東麗公司T300的水平。

1.2 山西恒天紡織新纖維科技有限公司

山西恒天紡織新纖維科技有限公司是2003年成立的一家高科技民營股份制企業(yè)，2005年首創(chuàng)二甲基亞砜一步法生產(chǎn)工藝，攻克了聚丙烯腈基碳纖維原絲形成機(jī)理和工程化關(guān)鍵技術(shù)，研制成的聚丙烯腈基碳纖維原絲達(dá)到進(jìn)口T300產(chǎn)品水平。2008年1月T700高性能聚丙烯腈基碳纖維原絲工程化項目進(jìn)入研發(fā)階段，2009年與中國科學(xué)院化學(xué)研究所專家聯(lián)合攻關(guān)建成年產(chǎn)10 t的T700小試線，小試線生產(chǎn)原絲經(jīng)后道炭化，產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)到T400進(jìn)口產(chǎn)品水平。2009年3月年產(chǎn)1 200 t T300的聚丙烯腈基碳纖維原絲生產(chǎn)線正式開工生產(chǎn)。2009年達(dá)到年產(chǎn)3 000 t T300聚丙烯腈基碳纖維原絲規(guī)模，2011年將實現(xiàn)T700聚丙烯腈基碳纖維原絲產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

2 我國聚丙烯腈基碳纖維原絲炭化企業(yè)炭化技術(shù)水平及規(guī)模

優(yōu)質(zhì)的聚丙烯腈基碳纖維原絲是制備高性能碳纖維的前提，炭化是將原絲最終轉(zhuǎn)化為可使用產(chǎn)品的必經(jīng)工序，這個炭化過程也是至關(guān)重要的。我國聚丙烯腈基碳纖維原絲炭化技術(shù)水平比較成熟的企業(yè)有大連興科碳纖維有限公司、吉林東方神舟碳纖維、吉研高科技纖維有限責(zé)任公司和威海光威集團(tuán)有限責(zé)任公司。

2.1 大連興科碳纖維有限公司

大連興科碳纖維有限公司從1993年開始小規(guī)模試生產(chǎn)碳纖維，2001年以自有知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)設(shè)計研制出了我第一條百噸級碳纖維生產(chǎn)線，炭化技術(shù)來自中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所。這條生產(chǎn)線2002年形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)1K、3K、6K、12K、24K等系列規(guī)格的碳纖維，質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到國際通用的T300以上的水平。關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備均為自有專利技術(shù)及專利技術(shù)成果，主要設(shè)備自己設(shè)計制造，企業(yè)年生產(chǎn)碳纖維360 t，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平并已獲國家認(rèn)定。2007年采用日本進(jìn)口的預(yù)氧絲原材料生產(chǎn)T300碳纖維70 t。

2.2 吉林東方神舟碳纖維公司

吉林東方神舟碳纖維公司自主研發(fā)碳纖維生產(chǎn)技術(shù)，是軍用碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，其產(chǎn)品為1K的碳纖維，主要應(yīng)用于航空航天和武器材料的研制。目前碳纖維年產(chǎn)量為10 t，是神舟系列飛船等的主導(dǎo)材料。所需生產(chǎn)原料碳纖維原絲，一部分從吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司和山西恒天紡織新纖維科技有限公司購進(jìn)，一部分從國外進(jìn)口。

2.3 吉研高科技纖維有限責(zé)任公司

吉研高科技纖維有限責(zé)任公司2002年成立，原有15 t/a聚丙烯腈基碳纖維和16 t/a粘膠基碳纖維生產(chǎn)裝置各一套，2008年新建技術(shù)先進(jìn)的年產(chǎn)160 t聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)線，并于2009年5月正式投產(chǎn)。2009年6月投資建設(shè)年產(chǎn)500 t炭化生產(chǎn)線。通過自主知識產(chǎn)權(quán)的專有技術(shù)，從工藝、設(shè)備、控制等方面入手，研究開發(fā)高穩(wěn)定、多品種、高性能碳纖維集成技術(shù)與成套設(shè)備，形成標(biāo)準(zhǔn)系列的碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)，開發(fā)系列牌號碳纖維。自主研發(fā)、產(chǎn)出的碳纖維產(chǎn)品在國家重大工程領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。到目前為止，公司已有3條碳纖維生產(chǎn)線，總生產(chǎn)能力達(dá)191 t/a。

2.4 威海光威集團(tuán)有限責(zé)任公司

威海光威集團(tuán)有限責(zé)任公司創(chuàng)建于1987年11月，2009年3月光威集團(tuán)碳纖維關(guān)鍵設(shè)備(氧化爐、炭化爐)國產(chǎn)化項目獲得國家發(fā)改委無償資金1 000萬元。1997年公司從日本引進(jìn)了國內(nèi)第一條寬幅碳纖維預(yù)浸布生產(chǎn)線，2002年11月成功開發(fā)出寬幅碳纖維預(yù)浸布，該公司自主創(chuàng)新攻克碳纖維領(lǐng)域多項關(guān)鍵技術(shù)，建成T300千噸級碳纖維生產(chǎn)線，攻克我國碳纖維關(guān)鍵設(shè)備(氧化爐、炭化爐)國產(chǎn)化的關(guān)鍵核心技術(shù)。

3 我國聚丙烯腈基碳纖維一體化生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平及規(guī)模

為降低生產(chǎn)成本以及提高碳纖維整個生產(chǎn)過程的可控性，提高產(chǎn)品的最大利潤化，我國現(xiàn)有很多從生產(chǎn)碳纖維原絲到炭化處理一體化生產(chǎn)碳纖維的企業(yè)。

3.1 連云港中復(fù)神鷹新材料有限公司

2005年9月連云港中復(fù)神鷹新材料有限公司啟動碳纖維的生產(chǎn)，2006年與東華大學(xué)合作承擔(dān)國家發(fā)改委年產(chǎn)2 500 t聚丙烯腈基碳纖維原絲和1 000 t碳纖維項目，2007年 10月項目開工;2008年12月萬噸級碳纖維一期工程2 500 t/a聚丙烯腈基碳纖維原絲和1 000 t/a炭化生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，主產(chǎn)1K、3K、6K、12K系列產(chǎn)品。目前已形成3 200 t/a碳纖維原絲、1 220 t/a碳纖維的前后配套能力。

千噸級碳纖維生產(chǎn)線建設(shè)過程中堅持自主設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試和投資省、建設(shè)快的創(chuàng)新之路。從2009年起以攻關(guān)T700碳纖維為重點，開工建設(shè)年產(chǎn)2 000 t生產(chǎn)線，力爭用3～5年時間達(dá)到萬噸級生產(chǎn)能力，成為我國最大的碳纖維生產(chǎn)基地。經(jīng)北京化工大學(xué)檢測，T300碳纖維主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際上通用的T300產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn);ST-750碳纖維已接近T800碳纖維的技術(shù)指標(biāo)要求。2010年5月年產(chǎn)2 500 t聚丙烯腈基碳纖維原絲和1 000 t碳纖維項目以及關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)項目順利通過國家級鑒定。

3.2 浙江巨鑫碳纖維有限責(zé)任公司

浙江巨鑫碳纖維有限責(zé)任公司2009年3月投資1.3億元的碳纖維項目開工，2010年2月建成試車;上述項目二期2013年底前實施完畢，總投資約3.9億元。依靠自主創(chuàng)新，主要從事碳纖維原絲生產(chǎn)、纖維炭化以及復(fù)合材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，達(dá)產(chǎn)后年銷售額將達(dá)10億元以上。

3.3 中國石油吉林石化股份有限公司

中國石油吉林石化股份有限公司自上世紀(jì)70年代開始，一直從事碳纖維材料生產(chǎn)工藝自主研發(fā)與裝置國產(chǎn)化研究，2009年5月百噸級碳纖維裝置全面建成投產(chǎn)，實現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)出了合格的碳纖維產(chǎn)品。該公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，在“七五”初期率先開發(fā)出硝酸一步法聚丙烯腈基碳纖維原絲工藝技術(shù)，“十五”期間開發(fā)出二甲基亞砜法的連續(xù)溶液聚合—濕法紡絲聚丙烯腈基碳纖維原絲工藝技術(shù)，建成年產(chǎn)10 t聚丙烯腈基碳纖維原絲和5 t碳纖維裝置，實現(xiàn)二甲基亞砜法聚丙烯腈基碳纖維原絲和碳化生產(chǎn)工藝與裝備的技術(shù)集成。2004年解決關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)瓶頸后，碳纖維主要性能指標(biāo)達(dá)到日本T300碳纖維的產(chǎn)品水平。

3.4 江蘇恒神纖維材料有限公司

江蘇恒神纖維材料有限公司2007年8月成立，規(guī)劃用5年時間投資36億元建成年產(chǎn)6 000 t碳纖維的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地和5個復(fù)合材料廠。一期工程總投資18億元，現(xiàn)已投入近10億元，千噸級T300濕法紡絲碳纖維項目原絲、炭化兩個分廠設(shè)備安裝調(diào)試中;二期工程2 000 t/a T700、T800干噴濕紡碳纖維項目已經(jīng)啟動。2008年6月投資15.89億元引進(jìn)意大利ME公司聚丙烯腈基碳纖維原絲生產(chǎn)技術(shù)和美國的炭化生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備，采用連續(xù)聚合二甲基亞砜一步法濕法紡絲，采用預(yù)氧化、低炭化、高炭化、表面處理等工藝生產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維。產(chǎn)品定位是用于能源、航空、交通領(lǐng)域。

3.5 威海拓展纖維有限公司

威海拓展纖維有限公司T700高性能碳纖維項目于2008年12月在威海市發(fā)改委備案，年產(chǎn)250 t T700高性能碳纖維建設(shè)項目被列入山東省2010年新興產(chǎn)業(yè)重點項目。在國內(nèi)率先建成了年產(chǎn)130 t碳纖維原絲/50 t碳纖維工程化生產(chǎn)線、T30012K(6K)2 500 t碳纖維原絲/1 000 t碳纖維高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范線。2008年10月該公司的T300千噸級碳纖維高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項目獲得國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化十年成就獎。第一條T300千噸級生產(chǎn)線已于2008年5月實現(xiàn)穩(wěn)定化生產(chǎn)，2008年10月經(jīng)專家現(xiàn)場取樣測試證明產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到日本東麗同等級產(chǎn)品水平。

3.6 河南煤業(yè)化工集團(tuán)

河南煤業(yè)化工集團(tuán)2009年7月與中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所簽訂高性能碳纖維項目合作協(xié)議。一期總投資7.4億元，年產(chǎn)T300高性能碳纖維500 t，2010年11月千噸碳纖維項目一期工程提前產(chǎn)出合格MH300高性能碳纖維產(chǎn)品。中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所碳纖維聚合工藝穩(wěn)定，逐級炭化技術(shù)可靠，表面處理技術(shù)獨(dú)特，已規(guī)模化生產(chǎn)的碳纖維產(chǎn)品主要供應(yīng)國內(nèi)高端用戶。該集團(tuán)將堅持高起點、規(guī)?；涂茖W(xué)規(guī)劃、滾動發(fā)展的原則，全力打造萬噸級碳纖維新材料基地。

3.7 沈陽中恒新材料有限公司

沈陽中恒新材料有限公司以碳纖維為核心向碳纖維上下游產(chǎn)業(yè)延伸，已建成技術(shù)研發(fā)中心、裝備研發(fā)中心、工程中心、輔助材料研發(fā)中心、情報收集中心及碳纖維國家重點實驗室;2009年8月開始一期工程，2010年年底將建成年產(chǎn)1 500 t國產(chǎn)化高性能聚丙烯腈基碳纖維原絲、500 t碳纖維生產(chǎn)線及360萬m2碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)線。總投資30億元的工程2009年開工，計劃用5年時間，在康平縣打造國內(nèi)最大的高性能碳纖維及復(fù)合材料工業(yè)園，完成后將年產(chǎn)碳纖維原絲1.25萬t、碳纖維5 000 t。主要從事碳纖維原絲、碳纖維及其制品的生產(chǎn)，特種纖維及復(fù)合新材料的研發(fā)與銷售，同時開展化纖原輔料、金屬材料、化纖化工設(shè)備、工程技術(shù)開發(fā)及新材料產(chǎn)業(yè)項目投資等項業(yè)務(wù)。

沈陽中恒新材料有限公司由中國恒天集團(tuán)、中國化纖創(chuàng)業(yè)投資有限公司、遼寧天維紡織研究建筑設(shè)計集團(tuán)有限公司、揚(yáng)州惠通聚酯技術(shù)有限公司和吉研高科技纖維有限公司組建而成。5家企業(yè)分別在碳纖維原絲、炭化、下游產(chǎn)品制造及成套裝備生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)擁有核心技術(shù)，組建的公司將有效整合產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)優(yōu)勢，推動我國碳纖維產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)突破，同時發(fā)展8個碳纖維子公司，計劃2010年建設(shè)一條年產(chǎn)30 t碳纖維原絲實驗線和15 t M級碳纖維生產(chǎn)線。

3.8 廣州金發(fā)科技股份有限公司

廣州金發(fā)科技股份有限公司的高性能聚丙烯腈碳纖維項目總投資20億元(企業(yè)自有資金)，目前已建設(shè)生產(chǎn)廠房25.5萬m2，至2009年底累計完成投資1.2億元，2010年計劃投資4.2億元。200 t/a碳纖維項目2010年2月開工，計劃2011年3月竣工，以高純度聚丙烯腈纖維為原材料，通過電加熱氧化、炭化成聚丙烯腈基碳纖維。廣州金發(fā)科技股份有限公司2 000 t/a碳纖維項目在2010年9月底舉行了奠基儀式，但該項目還處于前期研發(fā)階段，不確定性很大，預(yù)計項目將在2011年6月前開始投產(chǎn)，首期產(chǎn)值預(yù)計可達(dá)10億元。

3.9 天華溢威碳纖維新泰有限公司

天華溢威碳纖維新泰有限公司項目總投資12億元建設(shè)四條生產(chǎn)線，年產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維原絲1.2萬t和碳纖維4 800 t及碳纖維預(yù)浸布1 200萬m2;分三期完成，其中一期工程總投資3億元，投產(chǎn)后年產(chǎn)碳纖維原絲3 000 t和碳纖維1 200 t及碳纖維預(yù)浸布300萬m2。2009年12月完成一期工程設(shè)備安裝調(diào)試，為試生產(chǎn)做最后的準(zhǔn)備。

天華溢威碳纖維項目由青島天華科技發(fā)展有限公司與香港溢威集團(tuán)合作建設(shè)，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)集成濕法聚丙烯腈基碳纖維原絲技術(shù)、聚丙烯腈纖維轉(zhuǎn)向紡絲工藝和設(shè)備技術(shù)及高性能T300新型碳纖維技術(shù)、大型聚丙烯腈纖維裝置智能自適應(yīng)逆控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)技術(shù)。

3.10 中簡科技發(fā)展有限公司

中簡科技發(fā)展有限公司由常州三毛紡織集團(tuán)有限公司、常州市東方化工有限公司、常州市巨凝建材有限公司、蘇州海競信息科技集團(tuán)有限公司、成都和德盛創(chuàng)業(yè)投資管理有限公司、云南光機(jī)電發(fā)展研究所有限公司和黃曉軍個人七方共同出資組建。2008年11月實施的T700聚丙烯腈基碳纖維50 t級工程化建設(shè)和3 000 t級產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項目取得科技部3 513萬元的支持。2009年10月作為國內(nèi)第一條T700碳纖維生產(chǎn)線，與中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所合作投資2億元的高性能碳纖維項目，已獲5 000萬元的科技成果轉(zhuǎn)化資金支持，2010年春節(jié)前后形成年產(chǎn)50 t T700碳纖維的生產(chǎn)規(guī)模。

3.11 安徽鑫豐碳纖維有限公司

安徽鑫豐碳纖維有限公司2009年9月年產(chǎn)30 t小絲束聚丙烯腈基碳纖維研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化項目通過安徽省科技廳專家論證，獲得安徽省重大科技攻關(guān)項目支持。以聚丙烯腈纖維為原料，通過優(yōu)化預(yù)氧化、低高溫炭化等工藝，自主開發(fā)1K、3K拉伸強(qiáng)度達(dá)到4.92GPa以上的碳纖維，產(chǎn)品性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

3.12 揚(yáng)州惠通聚酯技術(shù)有限公司

揚(yáng)州惠通聚酯技術(shù)有限公司2001年投資600萬元與中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所共建高性能聚丙烯腈基碳纖維原絲制備工程，碳纖維性能達(dá)到或超過日本東麗公司T300水平。2005年引進(jìn)了中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所從原絲到碳纖維的整套技術(shù)。2005年3月碳纖維項目投資5 900萬元，已經(jīng)完成反應(yīng)釜及其配套設(shè)備放大效應(yīng)工程性研究。2009年8月與中國恒天集團(tuán)等5家企業(yè)共同投資組建沈陽中恒新材料有限公司。

3.13 哈爾濱天順化工科技開發(fā)有限公司

哈爾濱天順化工科技開發(fā)有限公司經(jīng)過3年自主研發(fā)，高性能聚丙烯腈基碳纖維原絲的聚合工藝研究項目2010年4月通過了由黑龍江省科技廳組織的專家鑒定。獨(dú)自設(shè)計并建成了年產(chǎn)20 t高性能聚丙烯腈基碳纖維原絲的中試生產(chǎn)線并完成了中試生產(chǎn)調(diào)試工作，可穩(wěn)定生產(chǎn)合格的高性能碳纖維原絲。該生產(chǎn)線具有完全獨(dú)立的自主知識產(chǎn)權(quán)，以具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三元凝固成型技術(shù)對原絲實施改性，改性后的原絲預(yù)氧化溫度低，炭化過程緩慢穩(wěn)定，大大減少炭化過程中纖維缺陷問題的產(chǎn)生。尤其該技術(shù)實現(xiàn)了較低聚合溫度，為目前國內(nèi)該行業(yè)的最低溫度，創(chuàng)新的同時達(dá)到節(jié)能減排和環(huán)保的要求;獨(dú)立開發(fā)的原絲油劑經(jīng)北京化工大學(xué)碳纖維及復(fù)合材料研究所試驗，證明該油劑基本滿足預(yù)氧化要求，在實驗選定的工藝范圍內(nèi)無粘黏、結(jié)焦現(xiàn)象，原絲灰分小于0.45%;同時開發(fā)的立式梯度逆流洗滌設(shè)備具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。

4 我國生產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維的科研院校

在碳纖維的研制過程中，我國的科研院校始終掌握著最前沿的技術(shù)，通過與企業(yè)合作不斷完善碳纖維的生產(chǎn)工藝。

4.1 北京化工大學(xué)

2004年北京化工大學(xué)與中國石油吉林石化公司依靠自己的技術(shù)建立500 t/a聚丙烯腈基碳纖維原絲和200 t/a碳纖維生產(chǎn)線，采用二甲基亞砜一步法技術(shù)路線生產(chǎn)碳纖維原絲。2009年10月該校與中國石油吉林石化公司共同組建國家碳纖維工程技術(shù)研究中心，該校碳纖維復(fù)合材料研究院還與嘉興中寶碳纖維有限責(zé)任公司聯(lián)合成立了浙江碳纖維工程技術(shù)研究中心。

4.2 山東大學(xué)

1994年6月山東大學(xué)的T300聚丙烯腈基碳纖維項目通過了技術(shù)鑒定;1996年完成T300聚丙烯腈基碳纖維的中試驗收;1998年在泰安建成了年產(chǎn)40 t的聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)線，拉伸強(qiáng)度可達(dá) 3.84 GPa，拉伸模量 235.6 GPa，斷裂伸長率1.6%;1999年12月通過T300水平的聚丙烯腈基碳纖維試驗線產(chǎn)業(yè)化鑒定;2001年建成高精度、高自動化碳纖維生產(chǎn)線，2002年1月通過了技術(shù)鑒定。2002年10月承擔(dān)國家“863”項目聚丙烯腈基碳纖維原絲預(yù)氧化節(jié)能溫度控制及炭化焦油消除控制技術(shù)研究;2003年6月該校與石家莊開發(fā)區(qū)新謀新科技開發(fā)公司達(dá)成協(xié)議，共同進(jìn)行碳纖維表面涂層和預(yù)氧化、炭化新工藝研究。

4.3 東華大學(xué)

2009年4月東華大學(xué)—中復(fù)神鷹碳纖維工程研究中心、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程博士后流動站科研基地、連云港市中復(fù)神鷹碳纖維有限公司博士后工作站揭牌儀式在連云港市中復(fù)神鷹碳纖維有限公司隆重舉行。

2009年5月東華大學(xué)潘鼎教授領(lǐng)銜的課題組先后攻克了聚丙烯腈基碳纖維原絲關(guān)、工藝關(guān)、強(qiáng)度關(guān)、排廢關(guān)，在原絲質(zhì)量指標(biāo)確定炭化技術(shù)，在有機(jī)和無機(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，使我國成為世界上第三個掌握這些技術(shù)的國家。2009年12月國內(nèi)第一條千噸級碳纖維生產(chǎn)線在連云港市中復(fù)神鷹碳纖維有限公司建成投產(chǎn)，東華大學(xué)—中復(fù)神鷹碳纖維工程技術(shù)中心建成投入使用，其自主研制的T700、T800高性能碳纖維進(jìn)入中試階段。

4.4 長春工業(yè)大學(xué)

長春工業(yè)大學(xué)與中國石油吉林石化公司合作完成百噸級碳纖維及配套原絲產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)項目，2008年被評選為吉林省近期可突破的重大科技成果轉(zhuǎn)化項目，將于2011年建成投產(chǎn)的千噸級原絲生產(chǎn)線可創(chuàng)年產(chǎn)值10.1億元。與吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司聯(lián)合開展聚丙烯腈基碳纖維聚合生產(chǎn)技術(shù)研究，依托該項技術(shù)吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司建設(shè)5 000 t/a聚丙烯腈基碳纖維原絲高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程，2008年5月正式啟動，計劃2011年建成。

2002年該校與中國石油吉林石化公司共同開發(fā)碳纖維關(guān)鍵技術(shù)，建成10 t/a碳纖維中試裝置。2005年突破T300碳纖維關(guān)鍵制備技術(shù);2007年成功開發(fā)出了宇航級T300碳纖維的成套制備技術(shù)，實現(xiàn)了工藝與裝備定型。2008年中國石油吉林石化公司成為軍工碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。該校提出的濕法紡絲纖維截面形態(tài)與結(jié)構(gòu)缺陷控制機(jī)制在中國石油吉林石化公司碳纖維生產(chǎn)裝置上獲得驗證，為開發(fā)高性能碳纖維奠定了基礎(chǔ);開發(fā)的水相懸浮聚合法制備高相對分子質(zhì)量聚丙烯腈聚合物技術(shù)在吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司獲得應(yīng)用，為國內(nèi)碳纖維用聚丙烯腈纖維的制備提供了新工藝路線。

4.5 中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所

1976年中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所建成我國第一條聚丙烯腈基碳纖維擴(kuò)大試驗生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力為2 t/a;1998年建成一條新的中試生產(chǎn)線，規(guī)模為40 t/a;2005年T300高性能碳纖維項目通過鑒定。2009年7月，該所與河南煤業(yè)化工集團(tuán)合作籌建年產(chǎn)1 000 t高性能碳纖維項目，項目一期工程投資7.4億元，2010年11月千噸級碳纖維項目一期工程提前產(chǎn)出合格MH300高性能碳纖維產(chǎn)品。2009年12月碳纖維制備技術(shù)國家工程實驗室揭牌，實驗室依托于中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所，中國科學(xué)研究院寧波材料技術(shù)與工程研究所為參建單位。2010年2月中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所籌建碳纖維T700百噸級生產(chǎn)線，與揚(yáng)州新?lián)P科技公司合作開發(fā)航空航天專用材料產(chǎn)業(yè)化項目。

5 我國(內(nèi)地)碳纖維產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展特點

(1)生產(chǎn)廠家的分布趨于合理，包括吉林、遼寧、河北、甘肅、北京、山東、江蘇、上海、浙江、廣東、四川、安徽、山西、陜西等省市。其中吉林市碳纖維產(chǎn)業(yè)化基地2010年1月被國家科技部批準(zhǔn)為國家級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地，現(xiàn)擁有生產(chǎn)碳纖維的骨干企業(yè)6家。2010年在建項目11項，2010年年末實現(xiàn)碳纖維原絲生產(chǎn)能力1 900 t/a，碳纖維生產(chǎn)能力1 345 t/a，碳纖維制品生產(chǎn)能力100 t/a，計劃總投資40多億元;預(yù)計到2012年吉林市將建成內(nèi)地最大和世界領(lǐng)先的碳纖維生產(chǎn)應(yīng)用基地，成為中國碳谷。

(2)工藝技術(shù)多元化，聚丙烯腈基碳纖維原絲的工藝路線有二甲基亞砜法(DMSO法)、二甲基甲酰胺法(DMF法)、二甲基乙酰胺法(DMAC法)、硫氰酸鈉法(NaSCN法)和硝酸法(HNO3);聚合工藝有水相聚合、溶液間歇聚合與連續(xù)聚合，還有低、中、高轉(zhuǎn)化率之分;紡絲有濕紡、干噴濕紡和凝膠紡絲法。預(yù)氧化和高溫炭化爐的來源也趨于多樣化，有國產(chǎn)設(shè)備和美、德、日等引進(jìn)設(shè)備，石墨化爐也在研制。

(3)從事碳纖維生產(chǎn)的廠家包括多種所有制企業(yè)，并涵蓋化工、紡織、冶金、石化、石油、航天、房地產(chǎn)等行業(yè)。

(4)2010年預(yù)測的各種碳纖維總產(chǎn)能2.4萬t/a，但產(chǎn)量預(yù)計不足產(chǎn)能的30%，且質(zhì)量大都僅達(dá)到國外低檔產(chǎn)品的水平，纖維離散系數(shù)較大。

(5)實驗室小試的碳纖維性能獲得突破，相當(dāng)于T700類的水平，2010年有望通過中試而逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而相當(dāng)于T800水平的碳纖維的研究正在攻關(guān)中。中國科學(xué)研究院山西煤炭化學(xué)研究所繼實現(xiàn)碳纖維T300的產(chǎn)業(yè)化后，2010年又開始籌建碳纖維T700百噸級生產(chǎn)線;東華大學(xué)—中復(fù)神鷹碳纖維工程技術(shù)中心自主研制的T700、T800高性能碳纖維進(jìn)入中試階段。

6 我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

當(dāng)前T300碳纖維等低端產(chǎn)品出現(xiàn)產(chǎn)能過剩，企業(yè)開工率嚴(yán)重不足。與國際先進(jìn)水平相比，國產(chǎn)碳纖維的突出問題是強(qiáng)度低，均勻性和穩(wěn)定性多較差，且生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)設(shè)備落后，生產(chǎn)效益低，發(fā)展水平比發(fā)達(dá)國家落后了近30年。

目前，我國碳纖維發(fā)展存在主要問題有:

(1)缺乏政策監(jiān)管制度，現(xiàn)在很多省市都在建設(shè)碳纖維項目，很大程度上是低技術(shù)水平重復(fù)建設(shè)，造成對資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

(2)碳纖維生產(chǎn)新技術(shù)被國際專利覆蓋，缺乏國際競爭力，需要自主性創(chuàng)新。

(3)碳纖維行業(yè)能耗高且污染嚴(yán)重，面臨降低能耗，減少污染的重要問題。

(4)缺乏后續(xù)使用相結(jié)合的產(chǎn)品，碳纖維下游產(chǎn)品的開發(fā)嚴(yán)重不足，2008年我國碳纖維進(jìn)口量超過6 000 t，約占世界總產(chǎn)量的五分之一，大部分用于來料加工再出口，而國內(nèi)實際需求僅約200～300 t，我國碳纖維大量生產(chǎn)后面臨的巨大后續(xù)應(yīng)用問題亟待解決。

7 為我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提出幾點建議

(1)加大國家調(diào)控力度，對現(xiàn)有的具有碳纖維優(yōu)勢的地區(qū)和企業(yè)加大扶持力度，對即將上馬的碳纖維企業(yè)加強(qiáng)監(jiān)管，提高新入碳纖維行業(yè)的準(zhǔn)入門檻。

(2)盡快建立符合我國國情的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系，避免在標(biāo)準(zhǔn)上受制于人。力爭在參考國外碳纖維產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時，建立健全符合我國國情的標(biāo)準(zhǔn)體系并確立在國際上的地位，避免碳纖維發(fā)達(dá)國家對我國碳纖維產(chǎn)品的限制和干擾。

(3)制定和完善高性能碳纖維生產(chǎn)、產(chǎn)品和應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。建議我國加強(qiáng)規(guī)劃、引導(dǎo)、整合，積極開展多學(xué)科交叉研究，聯(lián)合攻克碳纖維技術(shù)難關(guān)。把聚丙烯腈基碳纖維原絲研發(fā)放在首位，堅持產(chǎn)業(yè)化和研發(fā)兩條戰(zhàn)線布局，在國產(chǎn)碳纖維的核心關(guān)鍵技術(shù)和裝備上有所突破。

(4)加大碳纖維產(chǎn)品的后續(xù)應(yīng)用工作，建立符合中國市場特征的自主碳纖維產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量評價體系，形成符合中國市場的技術(shù)—生產(chǎn)—應(yīng)用的有效鏈條，創(chuàng)造碳纖維在我國的消費(fèi)環(huán)境，擴(kuò)大碳纖維在我國的消費(fèi)市場。

［1]賀福.碳纖維及其應(yīng)用技術(shù)［M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:1-2.

［2]賀福.高質(zhì)量原絲是碳纖維產(chǎn)業(yè)化的前提［C]//成會明.第19屆炭石墨材料學(xué)術(shù)會論文集.山西:中國電工技術(shù)學(xué)會炭—石墨材料專業(yè)委員會組織，2004:82-88.

The development level and scale of PAN-based carbon fiber in China

Yang Chaoyong，Bai Rongguang (Shenma Industrial Co.，Ltd.)

Carbon fiber as a new type of high performance fiber are widely used in the aerospace industry，chemical machinery，sports equipment and other aspects.Technically，domestic T300 PAN-based carbon fiber has been achieved domestication，the performance of PAN-based carbon fiber at laboratory test is equivalent to the level of T700，the fiber by pilot plant test will expected to gradually realize industrialization in 2010.In 2009 the scale of PAN based carbon fiber consumption to 7 500 t/a in China，while the production capacity was only 90～200 t/a，which high-performance carbon fibers were imported products.In 2010 the PAN-based carbon fiber consumption will reach 8 700 t in China.

carbon fiber，technology level，scale，T300，T700

TQ342.74

A

1004－7093(2010)12－0001－07

2010－06－01;修改稿:2010－12－14

楊朝勇，男，1982年生，助理工程師。主要從事高分子材料的研究。