原絲提質解碳纖維發展難題

    聚丙烯腈(PAN)基碳纖維作為高性能新型纖維材料，是與國民經濟和安全密切相關的戰略物資，是發展先進武器所急需的高性能纖維材料，更是制造衛星、航空與航天飛行器等迫切需要的結構材料。在建筑補強、石油工業、海洋開發、交通運輸及體育娛樂業等民用方面也有廣泛用途。由吉林碳谷碳纖維公司與長春工業大學等單位共同完成的“年產5000噸PAN基碳纖維原絲關鍵技術”項目自然成為行業熱議的話題。

　　據吉林碳谷碳纖維有限公司高級工程師王繼軍介紹，目前，國際上PAN基碳纖維總產能已達70000噸/年以上，生產國主要有日本、美國、俄羅斯等，日本占總產能的90%以上，并成為日本十大支柱性經濟產業之一。

　　我國PAN基碳纖維研發、生產、規模尚處于較低的水平，國內市場所需產品主要依賴進口。但是，由于高性能PAN基碳纖維在尖端武器研制方面的重要作用，美、日等嚴格封鎖相關技術與產品對我國的出口，開發出低成本、大規模PAN基碳纖維原絲生產技術，我國碳纖維碳纖維事業發展的關鍵。

　　2011年9月吉林化纖集團吉林碳谷碳纖維有限公司建成國內大的5000噸/年PAN基碳纖維原絲生產線，并成功達產。公司與與中鋼江城碳纖維、吉研高科合作形成一條包括碳纖維原絲、碳纖維、碳纖維制品等完整的研發、生產、銷售、質量反饋的產業鏈。原絲質量的提高為碳絲及制品質量提高提供了可靠的原料基礎;碳化、制品應用也為原絲質量提高提供了保證。

　　就總體思路而言，長春工業大學化學纖維工程研究中心主任敖玉輝教授介紹說：，這個項目是在吉林化纖腈綸生產技術優勢的基礎上生產PAN基碳纖維原絲的，項目的開發主要包括五方面內容，包括PAN聚合物生產技術、紡絲原液制備技術紡絲技術、碳化技術及制品開發?！?/P>

　　那么，哪些自主研發的內容成為突破原絲質量瓶頸的創新點?敖玉輝詳細介紹了該項目的創新點。一是自主研發出無機氧化還原三元水相懸浮聚合法生產PAN基碳纖維原絲用聚合物的新技術。該技術聚合反應速率快，并且在水相中進行，克服了溶液聚合后期體系粘度增大導致換熱、脫單困難等難題，易于大規模、低成本、工業化生產。目前已建成生產線的單個聚合釜聚合能力為12000噸/年、該技術單釜聚合能力可放大到20000噸/年、體積達到40m3，遠遠大于溶液聚合單釜生產能力。

　　二是自主研發出不含任何金屬離子的聚合引發體系，為了使碳纖維原絲中金屬離子的含量低于10 ppm，我們研發出一種不含任何金屬離子的無機氧化還原引發體系，大大提高了聚合物純度。

　　三是自主研發出濕法二步法生產PAN基碳纖維原絲新技術，以二甲基乙酰胺(DMAC)為溶劑、濕法二步法生產PAN基碳纖維原絲工業化生產技術。DMAC價格低廉，回收簡單。該技術生產規模大、單線產能高、進一步降低了PAN基碳纖維原絲的生產成本。

　　四是研發出PAN基碳纖維碳化工業技術，原絲碳化屬設備主導型工藝，研發的碳纖維生產線，氧化爐采用垂直送風方式，氧化效率高。高低溫碳化爐為石墨碳化爐，加熱元件四周籠式布置，提高了爐溫均勻性。驅動系統為無擠壓多輥驅動，減少了產品的機械損傷。

　　在技術的產業化成果應用方面，由于上下游產業鏈的密切配合，項目組已開發出PAN基碳纖維原絲系列產品和PAN基碳纖維系列產品 。“我們已經向市場推出了5種款式15種型號的碳纖維自行車，受到了用戶的廣泛好評?！?/P>