制約我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的瓶頸：原絲工藝和碳化設(shè)備
日期：2012-10-08
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制約我國碳纖維發(fā)展的主要因素有兩個(gè)方面，其一是碳纖維原絲質(zhì)量問題。國產(chǎn)原絲在純度、強(qiáng)度以及均質(zhì)化方面與國外相比存在較大差距，大大制約了國產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)品質(zhì)量。碳纖維生產(chǎn)工藝流程長，技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)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。
碳纖維原絲的生產(chǎn)難度主要表現(xiàn)在碳纖維原絲的噴絲工藝、丙烯腈聚合工藝、丙烯腈與溶劑及引發(fā)劑的配比等。由于PAN-原絲對碳纖維質(zhì)量影響巨大，占碳纖維成本比例達(dá)到50%以上。PAN基碳纖維制造的步是用丙烯睛(AN)單體制造PAN原絲，類似于紡織用的PAN纖維的生產(chǎn)。在原絲制備工藝中，需要考慮影響原絲質(zhì)量的因素，比如聚合物的分子量、聚合組分、紡絲拉伸方法等等。第二步是原絲的預(yù)氧化和碳化，預(yù)氧化處理的目的是使PAN的線性分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯形結(jié)構(gòu)，使其在高溫碳化時(shí)不熔不燃，保持纖維形態(tài)。碳化過程是碳纖維形成的主要階段，除去了纖維中大量的氧、氮和其他元素，再經(jīng)表面處理、干燥上漿得到金屬光澤的PAN基碳纖維產(chǎn)品。
目前，碳纖維的技術(shù)格局是：日本壟斷關(guān)鍵技術(shù)，美國的碳纖維技術(shù)處于成長階段，國內(nèi)則處于起步階段。碳纖維技術(shù)主要掌握在日本東麗公司、東邦公司和三菱人造絲公司手中，這3家企業(yè)技術(shù)嚴(yán)格保密。而美國赫克塞爾(Hexcel)、阿莫科(Amoco)和卓爾泰克(Zoltek)等其他碳纖維企業(yè)均處于成長階段，生產(chǎn)工藝還處于不斷完善階段。國內(nèi)的碳纖維企業(yè)更是處于如何提高原絲生產(chǎn)工藝水平的瓶頸上。
碳纖維技術(shù)的發(fā)展方向是在降低成本的基礎(chǔ)上提高性能。近年來，國外對碳纖維技術(shù)開發(fā)研究集中在提高性能、降低成本方面。日本東麗公司根據(jù)先進(jìn)復(fù)合材料市場發(fā)展的需求，已決定逐步淘汰T300類碳纖維，重點(diǎn)發(fā)展拉伸強(qiáng)度為4000-5000MPa、價(jià)格與T300基本相當(dāng)?shù)奶祭w維品種，同時(shí)由于大絲束碳纖維性價(jià)比較高，也開始發(fā)展大絲束碳纖維。
制約我國碳纖維發(fā)展的瓶頸之二是耐高溫材料及大型高溫爐。國產(chǎn)碳化爐采用僅能允許在1400℃以下溫度使用的碳化硅作為發(fā)熱體，高溫環(huán)境下碳化硅抗負(fù)荷強(qiáng)度低，不能制作大尺寸工業(yè)規(guī)模碳化爐，無法實(shí)現(xiàn)1500℃的佳工藝。國外采用高純石墨材料1800℃以上的高溫碳化爐嚴(yán)格限制對我國的出口，中等規(guī)模的高溫碳化爐進(jìn)口價(jià)格高，導(dǎo)致國產(chǎn)碳纖維裝
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