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如今,全球碳纖維市場正在以每年兩位數(shù)的速度迅速增長,中國市場對碳纖維的需求也與日俱增,每年需要碳纖維近萬噸。然而,令我們尷尬的是我國相對落后的制造水平。據(jù)統(tǒng)計(jì),國內(nèi)每年實(shí)際碳纖維總產(chǎn)量不足40噸,生產(chǎn)能力僅占世界高性能碳纖維總量的0.4%左右,而國內(nèi)需求量的90%以上則依靠進(jìn)口。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)普遍處于規(guī)模少、產(chǎn)品層次不高的狀態(tài),加快自主碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展顯得尤為迫切。
一.炙手可熱的碳纖維
碳纖維(Carbon Fiber-CF)是目前國際市場上炙手可熱的高科技材料,其剛度約為鋼的四倍,而密度僅為鋼的四分之一,是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具備最高的比強(qiáng)度和比模量的纖維。碳纖維不僅擁有優(yōu)異的力學(xué)性能,還十分耐高溫,在2,000攝氏度的高溫環(huán)境中,是唯一強(qiáng)度不減弱的材料,這讓金屬和其他合成材料望塵莫及。加之,它還兼具耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好、耐疲勞、電及熱傳導(dǎo)性高、X光穿透性高等一系列優(yōu)良性能,既可用于結(jié)構(gòu)承載用途,亦可作為功能性材料備受軍民兩用的親睞。
二.中國碳纖維發(fā)展現(xiàn)狀
我國的碳纖維研究可以追溯至上世紀(jì)六十年代末,經(jīng)過四十年的發(fā)展歷程,進(jìn)展依然緩慢。在這期間,國外一些碳纖維技術(shù)領(lǐng)先的國家對中國的碳纖維材料及制品的出口一直保持相當(dāng)謹(jǐn)慎的態(tài)度。僅有少量與中國建立了很有限的合作關(guān)系,而且還僅限于民用品。因此,我國的碳纖維發(fā)展必須依靠自力更生。
與國外成熟的技術(shù)和產(chǎn)品性能相比,我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)無論從產(chǎn)品質(zhì)量,到規(guī)?;a(chǎn)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長的龐大市場需求量。因此,國家將碳纖維列入化纖行業(yè)重點(diǎn)扶持的產(chǎn)品。目前,國內(nèi)號(hào)稱裝置能力達(dá)到300t/a的小規(guī)模PAN基碳纖維企業(yè)雖有十幾家,但尚未掌握碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù),實(shí)際年產(chǎn)量還不足100t。
制約我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸是聚丙烯腈原絲質(zhì)量不過關(guān)。聚丙烯腈原絲不僅影響碳纖維的質(zhì)量,還且也是導(dǎo)致我國碳纖維成本居高不下的主要原因。要知道,原絲的成本占碳纖維成本的50%~60%,而原絲部分的投資占到碳纖維生產(chǎn)投資的80%??梢哉f,掌握原絲生產(chǎn)技術(shù)要害,就占據(jù)了生產(chǎn)碳纖維的主要優(yōu)勢。
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四.在中國原絲的達(dá)標(biāo)突破需依靠化纖行業(yè)
目前世界上碳纖維生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)不在少數(shù),但是具備從原絲到碳絲一條龍生產(chǎn)能力的制造商只有五家,三家在日本,它們是日本東麗(Toray)、東邦 (Toho)、三菱人造絲 (Mitsubishi Rayon)、美國阿莫科(Amoco)和中國臺(tái)灣的臺(tái)塑。而還有一部分企業(yè)只生產(chǎn)原絲,比如英國阿科迪斯(Acrodis)公司和美國巴斯夫(BASF)等公司。
而在中國,據(jù)我們對中國十個(gè)主要的碳纖維項(xiàng)目的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看,有七成的企業(yè)都配套自己的原絲生產(chǎn)線,其中多數(shù)企業(yè)在原絲生產(chǎn)上并沒有突出的技術(shù)優(yōu)勢,原絲的質(zhì)量及性質(zhì)決定成品碳纖維的最終性能。對于質(zhì)量挺好的原絲,用2.2kg就能生產(chǎn)出1kg碳纖維,如果質(zhì)量差的話,則至少需要2.5kg,這必然增加了成本。因?yàn)椋捎谠z聚合是一項(xiàng)投資很大的技術(shù),實(shí)際投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳化,致使中國市場上碳纖維的成本一直居高不下。
近期國內(nèi)有多家企業(yè)正致力于本土化碳纖維原絲技術(shù)創(chuàng)新研究,并取得了一定成果。近日,哈爾濱天順化工科技開發(fā)有限公司經(jīng)過三年自主研發(fā),完成的黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目“高性能聚丙烯腈碳纖維原絲的聚合工藝研究”,通過了由黑龍江省科技廳組織的專家鑒定。據(jù)悉,該項(xiàng)目在多個(gè)方面取得了創(chuàng)新突破,他們采用自主研發(fā)的三元低溫共聚技術(shù),得到的聚合物具有良好可紡性能和滿足高性能碳纖維碳化的工藝要求。其中具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三元凝固成型技術(shù),對原絲實(shí)施改性,改性后的原絲具有預(yù)氧化溫度低,碳化過程緩慢穩(wěn)定,可大大減少碳化過程中纖維缺陷問題的產(chǎn)生。尤其該技術(shù)中實(shí)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(shí)達(dá)到了節(jié)能減排和環(huán)保的要求;該項(xiàng)目還獨(dú)立開發(fā)了原絲油劑,經(jīng)北京化工大學(xué)碳纖維及復(fù)合材料研究所試驗(yàn)證明該油劑基本滿足預(yù)氧化要求,在實(shí)驗(yàn)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(shí)該項(xiàng)目所開發(fā)的立式梯度逆流洗滌設(shè)備也是國內(nèi)獨(dú)家,具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
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