吉林化纖：突破我國碳纖維產業發展瓶頸

李波

工業化生產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，生產工藝較其他方法簡單，產量約占全球碳纖維總產量的90%以上。

碳纖維生產工藝流程長，技術關鍵點多，生產壁壘高，是多學科、多技術的集成，其中碳纖維原絲的生產技術更是難中之難。國產碳纖維原絲在純度、強度以及均質化方面與國外相比存在較大差距，成為制約我國碳纖維產業發展的瓶頸。

目前，國際上PAN基碳纖維總產能已達70 000 t/a以上，生產國主要有日本、美國、俄羅斯等。其中日本占世界總產能的90%以上，碳纖維技術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、生產、規模長期處于較低的水平，國內市場所需產品主要依賴進口。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技術和產品對我國的出口。

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工藝技術和設備，建成后腈綸產能達28.6萬t/a，是我國最大的腈綸生產商。鑒于日本東麗、東邦、三菱三大碳纖維公司都是由腈綸企業發展起來的，2006年，吉林化纖集團決定利用公司原有腈綸生產設備和技術，自主研發大規模、低成本PAN基碳纖維原絲的工業化生產新技術，替代進口產品，滿足國內市場需求。

2006年10月起，吉林化纖公司與長春工業大學通過產學研合作，聯合開展碳纖維原絲產業化攻關。課題組整合了實驗室研究成果與工業化腈綸生產控制技術，通過自主研發，集成創新出水相懸浮聚合濕紡二步法PAN基碳纖維原絲工業化生產新技術。該技術具有工藝流程短、產量高、成本低、產品質量穩定、適合大規模工業生產等特點，為國內首家獨創。

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

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業鏈。2013年11月，由吉林碳谷碳纖維有限公司、長春工業大學、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任公司共同完成的“年產5 000 t PAN基碳纖維原絲關鍵技術”項目榮獲“紡織之光”2013年度中國紡織工業聯合會科技進步獎一等獎。

據該項目的主要完成人之一、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，課題組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。現已建成生產線的單個聚合釜（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20 000 t，遠遠大于溶液聚合單釜生產能力，達到國際先進水平。

項目的主要完成人之一、吉林碳谷公司生產處處長王繼軍高級工程師告訴記者，目前公司已經開發出了原絲系列產品，種類包括 1、3、6、12、24、48 K產品，已在中鋼吉林碳素廠、中石油吉化公司等十幾家國內碳化企業實際應用，因質優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。下游企業的碳纖維產品已在我國衛星、火箭、載人飛船、體育用品、汽車等領域廣泛應用。