碳纖維產業：技術提升在路上

　　6月28日，中復神鷹碳纖維公司舉辦“年產3500噸高性能纖維”項目剪彩儀式。依據自身成熟的干噴濕紡工藝以及技術裝備優勢，中復神鷹公司在原有碳纖維生產能力的基礎上，繼續擴大生產規模，新建年產3500噸碳纖維生產線三條，計劃在3年內完成建設并進入投產，項目總投資達10億元。作為碳纖維生產龍頭企業，中復神鷹公司在技術和產業化上的一項項突破也反映了我國碳纖維技術的不斷提升。
　　碳纖維是高性能纖維中的代表品種，是國民經濟和國防建設不可或缺的戰略性新材料，其應用領域寬廣，技術含量高、輻射面廣、帶動力強。有關預測顯示，碳纖維的需求預計將以每年15％以上的速度擴大。預計5年后，市場將擴大到現在的2倍以上。到2030年，我國碳纖維需求量將達到30萬~50萬噸?？焖僭鲩L的市場需求以及對發展戰略性新興產業的使命感，使不少企業投身碳纖維研發生產領域，邁開了追趕發達國家的步伐。2005年后，隨著國家出臺相關扶持政策，碳纖維產業駛上發展快車道。
　　目前，我國已掌握T300級碳纖維工業化生產技術，基本掌握T700級碳纖維工業化生產技術。但與發達國家相比，在產品的穩定性、可靠性和經濟性上仍有差距，高端產品的產業化技術仍為空白。碳纖維技術的成熟和提升仍任重而道遠。
　　突破不斷
　　我國碳纖維行業在關鍵技術、裝備、產業化生產及下游應用等方面均取得重大進展，初步建立了從原絲、碳纖維到復合材料及制品全產業鏈，實現了從無到有的轉變。目前已初步形成了碳纖維產業基礎，培養了技術人才隊伍，具備了大規模產業化的能力。
　　10多年來，我國碳纖維行業在關鍵技術、裝備、產業化生產及下游應用等方面均取得重大進展，千噸級工業化裝置陸續建成并投產，初步建立了從原絲、碳纖維到復合材料及制品全產業鏈，實現了從無到有的轉變。
　　目前，我國已經培育出中復神鷹碳纖維有限公司、江蘇恒神碳纖維有限公司、吉林化纖碳谷碳纖維有限公司等龍頭企業，碳纖維產能達到2萬余噸。我國目前已初步形成了碳纖維產業基礎，培養了技術人才隊伍，具備了大規模產業化的能力。
　　中復神鷹公司是目前國內市場僅有的能批量化、規?；aT700高性能碳纖維的企業。2010年，中復神鷹啟動了干噴濕紡技術的研發。經過3年多的技術攻關，攻克了均勻化的大型聚合釜聚合導熱體系、穩定化的干噴濕紡空氣層擾動控制、均質化的凝固浴成型、高效的蒸汽牽伸以及穩定節能的預氧化碳化等關鍵技術難題，于2012年下半年實現了干噴濕紡T700碳纖維的批量生產，并于2013年9月，公司通過了中國紡織工業聯合會組織的“干噴濕紡GQ45高性能碳纖維工程化關鍵技術及設備研發”科技成果鑒定，產品性能指標達到了國外同類產品水平。同年，T700高性能碳纖維被列為“國家戰略性創新產品”。
　　中復神鷹此次啟動的“年產3500噸高性能碳纖維”項目，均為干噴濕紡工藝生產的T700、T800等高性能纖維，主要用于滿足國內高、精、尖等領域。項目落成后，中復神鷹將形成原絲15000噸/年及碳纖維6000噸/年生產力，是我國最大的碳纖維生產基地。
　　在不久前的6月13日，吉林省碳纖維產業技術創新戰略聯盟成立大會暨碳纖維及制品高新技術特色產業基地揭牌儀式在吉林市舉行。吉林省碳纖維產業技術創新戰略聯盟由吉林化纖公司發起，吉林省內36家碳纖維企業、大專院校和科研單位參加。該聯盟致力于圍繞碳纖維產業鏈建立有效的產、學、研合作新機制，共同解決制約碳纖維產業發展的技術瓶頸，加快技術成果在聯盟間的轉移和轉化，有效提高碳纖維產業的整體技術水平。
　　吉林省碳纖維及制品高新技術特色產業基地聚集了吉林化纖集團碳谷公司、吉林方大江城碳纖維公司、吉研高科技纖維有限公司等18家骨干企業，形成了國內“碳纖維原絲—碳纖維—碳纖維制品”的較完整的產業鏈條，碳纖維原絲產能達到5400噸/年，碳纖維產能達到818噸/年，碳纖維產品規格涵蓋1K至48K不同級別，生產技術及產品質量均居國內領先水平。
　　差距仍存
　　我國碳纖維工藝技術的多元化體系建設尚不完善，基本依賴于二甲基亞砜原絲技術，其他原絲技術的發展相對滯后。尤其是達產能力及達產基礎上的質量穩定性急需技術攻關。我國企業的產品穩定性理念有意或無意地出現了偏差，實際上生產過程中的產品質量穩定性并不能等同于提供給用戶的產品批次穩定性。
　　盡管技術不斷進步，然而我國碳纖維生產技術和裝備水平整體落后的局面目前并沒有得到根本改觀，還無法滿足國防軍工和航空航天等高端領域的全部需要。
　　日本僅東麗一家公司的產能就接近2萬噸，抵得上我國全部30多家企業的產能。目前國內只能穩定生產T300規格的產品，T700、T800等高規格產品剛剛取得突破，部分碳纖維生產企業還在進行工程化技術研究。而日本企業能夠生產包括T700、T800、T1000、T1100在內的系列產品。中國化學纖維工業協會副會長趙向東坦言，這幾年我國碳纖維產業進步很快，但是總體而言，還沒有完全掌握碳纖維的核心技術，離具備國際競爭力的工業化水平還有較大差距。
　　北京化工大學國家碳纖維工程技術研究中心主任徐樑華分析認為，總體來說，我國碳纖維工藝技術的多元化體系建設尚不完善，代表現階段碳纖維國產化水平的研發與工程化產業化技術基本依賴于二甲基亞砜原絲技術，其他原絲技術的發展相對滯后。國產碳纖維在品種、規格和型號方面還沒有形成系列化，高端產品缺乏。
　　徐樑華認為，我國T300級碳纖維雖然建立了產業化規模，但產品穩定性、可靠性仍有待于進一步提高，尤其是達產能力及達產基礎上的質量穩定性亟須技術攻關。他指出，我國企業的產品穩定性理念有意或無意地出現了偏差，實際上生產過程中的產品質量穩定性并不能等同于提供給用戶的產品批次穩定性。不同批次的產品質量存在較大差異，給用戶帶來影響。T700級新一代高強碳纖維工程化技術實現了突破，但整體規模與產品性能與國際先進水平還存在差距；T800級高強中模和基本型高模及MJ高模高強碳纖維品種的工程化或產業化技術仍為空白，其工程化制備關鍵技術亟須突破；更高等級的高強中模和高模高強碳纖維制備關鍵技術亟待組織攻關。
　　應用牽引
　　碳纖維質量的提升靠國防軍工牽引，而產業化技術提升應靠在國民經濟領域的廣泛應用來推動。碳纖維制備技術推進與應用市場需求牽引相結合，才能形成技術與產業的良性發展態勢。
　　在分析目前制約我國碳纖維技術提升的主要因素時，徐樑華指出，工藝仿制式的國產碳纖維工程化建設導致我國碳纖維自主研發能力偏弱。占主流的二甲基亞砜原絲工藝10多年來未得到實質性的技術改良與升級，相同的工藝基因導致國產碳纖維的技術與質量問題具有共性。
　　另一方面由于缺乏對工藝的深層次研究，工藝對國產化裝備的設計指導較弱，裝備與工藝的協同水平低，造成產能釋放能力低、耗能偏高、運行穩定性差、壽命周期短等問題。而相對落后的裝備技術，也導致產品性能穩定性差、生產成本偏高，產業整體競爭優勢欠缺。
　　此外，產學研聯合機制運行不暢，潛心技術研發的力量缺乏，導致關鍵技術協同攻關、深層次工藝問題解決的成效低下，影響了碳纖維制備產業化技術成熟度的快速提升。
　　徐樑華認為，從碳纖維產業鏈來看，下游碳纖維復合材料應用對國產碳纖維的牽引效應不足。由于我國碳纖維產業化技術成熟度不高，復合材料應用單位在完成國家項目任務后存在恢復使用進口碳纖維的可能。這樣，碳纖維企業就將失去技術與產品“社會實踐”的機會。
　　針對這些問題，徐樑華提出應突出重點，以點帶面，兼顧不同工藝特色，發展并完善我國碳纖維及其復合材料研發與工程化研究的技術體系。碳纖維質量的提升靠國防軍工牽引，而產業化技術提升應靠在國民經濟領域的廣泛應用來推動，建立以企業為主體的創新體系，根據碳纖維制備的技術特點，合理布局區域發展和產業鏈發展模式。發展兩種或兩種以上不同溶劑路線的碳纖維原絲制備工藝，形成碳纖維制備的多元化技術體系。實現高強、高強中模和高模高強等主要系列碳纖維制備及工程化技術的全面突破，產品實現工程應用。培育扶植3~4家具有經濟、技術、人才持續發展潛力的企業實現多品種多系列的碳纖維生產技術集成，實現品種多元化、產能規模化，增強企業的競爭力和抗風險能力。建設碳纖維在不同領域的示范應用工程，碳纖維制備技術推進與應用市場需求牽引相結合，形成技術與產業的良性發展態勢。　
　　山東大學碳纖維復合材料研發中心主任朱波也表示，碳纖維的產業化過程是一個長的產業鏈和技術鏈，在工程化中涉及諸多環節和眾多關鍵問題，應在設備國產化，系統規劃與設計，工藝裝備一體化，創新開發新工藝，降低生產成本，復合材料系列化開發等方面實現突破和提升，并做好技術研發與生產應用的無縫對接。目前我國碳纖維的工程化需要市場導向、國家支持、企業投入、科研支撐，但只要持之以恒地推進，必然會得到大力推廣和應用。