吉林化纖：突破我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸

李波

工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類，其中由聚丙烯腈纖維原絲制得的高性能碳纖維，生產(chǎn)工藝較其他方法簡單，產(chǎn)量約占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%以上。

碳纖維生產(chǎn)工藝流程長，技術(shù)關(guān)鍵點多，生產(chǎn)壁壘高，是多學(xué)科、多技術(shù)的集成，其中碳纖維原絲的生產(chǎn)技術(shù)更是難中之難。國產(chǎn)碳纖維原絲在純度、強度以及均質(zhì)化方面與國外相比存在較大差距，成為制約我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

目前，國際上PAN基碳纖維總產(chǎn)能已達70 000 t/a以上，生產(chǎn)國主要有日本、美國、俄羅斯等。其中日本占世界總產(chǎn)能的90%以上，碳纖維技術(shù)主要由日本東麗公司、東邦公司和三菱人造絲公司等 3 家公司掌握。我國PAN基碳纖維研發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)模長期處于較低的水平，國內(nèi)市場所需產(chǎn)品主要依賴進口。由于高性能PAN基碳纖維在軍工方面的重要作用，日、美等國嚴格控制相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品對我國的出口。

吉林化纖集團奇峰公司在1995年曾全套引進了世界先進的意大利蒙特公司的濕法二步法腈綸生產(chǎn)工藝技術(shù)和設(shè)備，建成后腈綸產(chǎn)能達28.6萬t/a，是我國最大的腈綸生產(chǎn)商。鑒于日本東麗、東邦、三菱三大碳纖維公司都是由腈綸企業(yè)發(fā)展起來的，2006年，吉林化纖集團決定利用公司原有腈綸生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，自主研發(fā)大規(guī)模、低成本PAN基碳纖維原絲的工業(yè)化生產(chǎn)新技術(shù)，替代進口產(chǎn)品，滿足國內(nèi)市場需求。

2006年10月起，吉林化纖公司與長春工業(yè)大學(xué)通過產(chǎn)學(xué)研合作，聯(lián)合開展碳纖維原絲產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)。課題組整合了實驗室研究成果與工業(yè)化腈綸生產(chǎn)控制技術(shù)，通過自主研發(fā)，集成創(chuàng)新出水相懸浮聚合濕紡二步法PAN基碳纖維原絲工業(yè)化生產(chǎn)新技術(shù)。該技術(shù)具有工藝流程短、產(chǎn)量高、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等特點，為國內(nèi)首家獨創(chuàng)。

2011年11月，吉林化纖集團旗下公司吉林碳谷碳纖維有限責(zé)任公司建成年產(chǎn)5 000 t PAN基碳纖維原絲生產(chǎn)線，成為中國最大的碳纖維原絲生產(chǎn)基地，破解了長期制約我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，為碳纖維的廣泛應(yīng)用奠定了堅實的原料基礎(chǔ)，大大提升了國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品的綜合競爭力。

同時，碳谷公司還積極與中鋼江城、吉研高科等下游企業(yè)緊密配合，形成了一條包括碳纖維原絲、碳纖維、碳纖維制品等完整的產(chǎn)業(yè)鏈。2013年11月，由吉林碳谷碳纖維有限公司、長春工業(yè)大學(xué)、中鋼集團江城碳纖維有限公司、吉林市吉研高科技纖維有限責(zé)任公司共同完成的“年產(chǎn)5 000 t PAN基碳纖維原絲關(guān)鍵技術(shù)”項目榮獲“紡織之光”2013年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技進步獎一等獎。

據(jù)該項目的主要完成人之一、長春工業(yè)大學(xué)化學(xué)纖維工程研究中心主任敖玉輝教授介紹，課題組自主研發(fā)出無機氧化還原三元水相懸浮聚合法生產(chǎn)PAN基碳纖維原絲用聚合物的新技術(shù)。該技術(shù)聚合反應(yīng)速率快，并且在水相中進行，克服了溶液聚合后期體系粘度增大導(dǎo)致?lián)Q熱、脫單困難等難題，易于大規(guī)模、低成本、工業(yè)化生產(chǎn)?，F(xiàn)已建成生產(chǎn)線的單個聚合釜（28 m3）聚合能力為12 000 t/a，并且可以可放大到單釜40 m3、年產(chǎn)20 000 t，遠遠大于溶液聚合單釜生產(chǎn)能力，達到國際先進水平。

項目的主要完成人之一、吉林碳谷公司生產(chǎn)處處長王繼軍高級工程師告訴記者，目前公司已經(jīng)開發(fā)出了原絲系列產(chǎn)品，種類包括 1、3、6、12、24、48 K產(chǎn)品，已在中鋼吉林碳素廠、中石油吉化公司等十幾家國內(nèi)碳化企業(yè)實際應(yīng)用，因質(zhì)優(yōu)價廉而深得用戶青睞，有效解決了我國PAN基碳纖維原絲匱乏的局面。下游企業(yè)的碳纖維產(chǎn)品已在我國衛(wèi)星、火箭、載人飛船、體育用品、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。