原丝质量提高解决了碳纤维发展的难题

　　聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为高性能新型纤维材料，是与国民经济和国家安全密切相关的战略物资，是发展先进武器所急需的高性能纤维材料，更是制造卫星、航空与航天飞行器等迫切需要的结构材料。在建筑补强、石油工业、海洋开发、交通运输及体育娱乐业等民用方面也有广泛用途。由吉林碳谷碳纤维公司与长春工业大学等单位共同完成的“年产5000吨PAN基碳纤维原丝关键技术”项目自然成为行业热议的话题。

　　据吉林碳谷碳纤维有限公司高级工程师王继军介绍，目前，国际上PAN基碳纤维总产能已达70000吨/年以上，生产国主要有日本、美国、俄罗斯等，日本占世界总产能的90%以上，并成为日本十大支柱性经济产业之一。

　　我国PAN基碳纤维研发、生产、规模尚处于较低的水平，国内市场所需产品主要依赖进口。但是，由于高性能PAN基碳纤维在尖端武器研制方面的重要作用，美、日等国家严格封锁相关技术与产品对我国的出口，开发出低成本、大规模PAN基碳纤维原丝生产技术，我国碳纤维碳纤维事业发展的关键。

　　2011年9月吉林化纤集团吉林碳谷碳纤维有限公司建成国内最大的5000吨/年PAN基碳纤维原丝生产线，并成功达产。公司与与中钢江城碳纤维、吉研高科合作形成一条包括碳纤维原丝、碳纤维、碳纤维制品等完整的研发、生产、销售、质量反馈的产业链。原丝质量的提高为碳丝及制品质量提高提供了可靠的原料基础;碳化、制品应用也为原丝质量提高提供了保证。

　　就总体思路而言，长春工业大学化学纤维工程研究中心主任敖玉辉教授介绍说：，这个项目是在吉林化纤腈纶生产技术优势的基础上生产PAN基碳纤维原丝的，项目的开发主要包括五方面内容，包括PAN聚合物生产技术、纺丝原液制备技术、纺丝技术、碳化技术及制品开发。”

　　那么，哪些自主研发的内容成为突破原丝质量瓶颈的创新点?敖玉辉详细介绍了该项目的创新点。一是自主研发出无机氧化还原三元水相悬浮聚合法生产PAN基碳纤维原丝用聚合物的新技术。该技术聚合反应速率快，并且在水相中进行，克服了溶液聚合后期体系粘度增大导致换热、脱单困难等难题，易于大规模、低成本、工业化生产。目前已建成生产线的单个聚合釜聚合能力为12000吨/年、该技术单釜聚合能力可放大到20000吨/年、体积达到40m3，远远大于溶液聚合单釜生产能力。

　　二是自主研发出不含任何金属离子的聚合引发体系，为了使碳纤维原丝中金属离子的含量低于10 ppm，我们研发出一种不含任何金属离子的无机氧化还原引发体系，大大提高了聚合物纯度。

　　三是自主研发出湿法二步法生产PAN基碳纤维原丝新技术，以二甲基乙酰胺(DMAC)为溶剂、湿法二步法生产PAN基碳纤维原丝工业化生产技术。DMAC价格低廉，回收简单。该技术生产规模大、单线产能高、进一步降低了PAN基碳纤维原丝的生产成本。

　　四是研发出PAN基碳纤维碳化工业技术，原丝碳化属设备主导型工艺，研发的碳纤维生产线，氧化炉采用垂直送风方式，氧化效率高。高低温碳化炉为石墨碳化炉，加热元件四周笼式布置，提高了炉温均匀性。驱动系统为无挤压多辊驱动，减少了产品的机械损伤。

　　在技术的产业化成果应用方面，由于上下游产业链的密切配合，项目组已开发出PAN基碳纤维原丝系列产品和PAN基碳纤维系列产品 。“我们已经向市场推出了5种款式15种型号的碳纤维自行车，受到了用户的广泛好评。”

　　与此同时，王继军表示，公司原丝产品经联合数十家碳化和制品企业应用于多个领域，对碳纤维行业进步和产业结构优化升级起到推动和示范作用，在此基础上，2013年，碳谷公司牵头联合东华大学、中泰模具、长安汽车等4家企业建设《碳纤维及其复合材料汽车大型覆盖件低成本化技术应用示范工程》项目，促进碳纤维产业链有机结合，进一步推进碳纤维在汽车制造领域的应用，