PAN基碳纖維制備濕法紡絲工藝具有重要戰(zhàn)略意義

 

    高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纖維是關(guān)系國家戰(zhàn)略安全的軍民兩用新材料，長期受到國際社會的嚴格禁運，重點裝備領(lǐng)域的研制與發(fā)展受到嚴重制約，而作為國防裝備用碳纖維重要技術(shù)基礎(chǔ)的濕法紡絲工藝更是國產(chǎn)碳纖維研究攻關(guān)中的關(guān)鍵技術(shù)短板。

    由于受碳纖維原絲制備技術(shù)的影響，直到上世紀末，國產(chǎn)碳纖維技術(shù)發(fā)展一直徘徊在無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的低水平狀態(tài)，國防裝備的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用碳纖維完全依賴進口，給國家安全和發(fā)展帶來極大隱患，迫切需要研發(fā)滿足我國重點領(lǐng)域高端裝備需要的碳纖維國產(chǎn)化技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵材料的自主保障。

    PAN基碳纖維制備具有材料領(lǐng)域最長的工藝流程，包含聚合、紡絲、預(yù)氧化、碳化（石墨化）、表面處理等工藝環(huán)節(jié)。其中PAN溶液濕法紡絲工藝制備的碳纖維具有特有的表面溝槽結(jié)構(gòu)，有利于提高作為結(jié)構(gòu)材料用碳纖維樹脂基復(fù)合材料的界面性能。我國以航空航天為代表的國防領(lǐng)域長期采用濕法紡絲工藝制備的碳纖維。因此，研發(fā)碳纖維制備的濕法紡絲工藝，在中國具有重要的戰(zhàn)略意義和市場價值。

威海拓展“獨創(chuàng)了一種碳纖維品種”，形成了濕法紡絲工藝為基礎(chǔ)的系列產(chǎn)品

 

    威海拓展纖維有限公司以碳纖維復(fù)合材料制備為技術(shù)與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，基于對國家關(guān)鍵戰(zhàn)略材料國產(chǎn)化的執(zhí)著，基于對產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵原材料實現(xiàn)自主可控的追求，投身PAN基碳纖維國產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。

    在國家科技部、科工局、發(fā)改委和工信部等多部委科技與產(chǎn)業(yè)化計劃支持下，在重點型號應(yīng)用研制的牽引下，針對傳統(tǒng)的二甲基亞砜濕法紡絲技術(shù)的纖維缺陷控制、纖維表截面形貌控制、多紡位/多絲束工藝狀態(tài)一致性控制，以及滿足高端應(yīng)用需求的碳纖維性能/規(guī)格系列化技術(shù)研究等難題，威海拓展聯(lián)合北京化工大學、復(fù)旦大學等科研單位，立足工藝技術(shù)的自主創(chuàng)新和原始創(chuàng)新，通過二甲基亞砜濕法紡絲工藝制備碳纖維原絲新技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的自主創(chuàng)新，結(jié)合關(guān)鍵裝備的再創(chuàng)新，實現(xiàn)了多項關(guān)鍵技術(shù)突破——

 

   1、突破高品質(zhì)紡絲液高效制備關(guān)鍵技術(shù)，解決高固含量高粘聚合物溶液的脫單脫泡難題；

   2、研制出洗/牽一體化組合式牽伸工藝與裝備、自主創(chuàng)新多紡位紡絲新技術(shù)，有效提升了多紡位原絲質(zhì)量一致性和穩(wěn)定性；

   3、研發(fā)出具有溫度梯度特征的高效原絲牽伸工藝與裝備、實現(xiàn)碳纖維模量的有效調(diào)控，滿足航空領(lǐng)域需要；

   4、研制成功熱風交互式輸送預(yù)氧化爐新技術(shù)，打破傳統(tǒng)四溫區(qū)模式，建立六溫區(qū)新工藝，突破了3米幅寬預(yù)氧化生產(chǎn)設(shè)備高效長期穩(wěn)定運行瓶頸；

   5、研發(fā)出新型低纖度PAN原絲紡絲技術(shù)、實現(xiàn)低纖度原絲的徑向均質(zhì)、軸向高取向的結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

   6、研發(fā)出結(jié)構(gòu)組合可控的纖維預(yù)氧化技術(shù)、解決了碳纖維中、高模量制備的技術(shù)難題；

   7、研發(fā)出集仿真設(shè)計、制造與運行管的國產(chǎn)化關(guān)鍵裝備技術(shù)、解決不同模量碳纖維產(chǎn)業(yè)化質(zhì)量一致性難題。

    通過系統(tǒng)的技術(shù)攻關(guān)，研制出基于拉伸強度的系列化技術(shù)與產(chǎn)品、基于拉伸模量的系列化技術(shù)與產(chǎn)品、基于絲束規(guī)格的系列化技術(shù)與產(chǎn)品，實現(xiàn)了高性能碳纖維規(guī)模化生產(chǎn)和規(guī)模化應(yīng)用，建立起完整的基于濕法紡絲工藝制備高強碳纖維的技術(shù)研發(fā)與千噸級產(chǎn)業(yè)化體系。

    該項目研制生產(chǎn)的T300級、T800級碳纖維產(chǎn)品力學性能指標超過日本東麗公司的同類產(chǎn)品水平、性能穩(wěn)定性與其相當；突破的多紡位狀態(tài)下300m/min級紡絲速度，使產(chǎn)業(yè)化濕法紡絲速率提升1.5倍以上，為行業(yè)建立了創(chuàng)新自信。而原始創(chuàng)新的新型高強碳纖維產(chǎn)品，拉伸強度和模量達到日本東麗T700S碳纖維水平，復(fù)合材料界面性能優(yōu)于該產(chǎn)品(東麗只有干濕法的T700級，沒有濕法T700級)，專家鑒定認為：“獨創(chuàng)了一種具有T700級碳纖維的高強和T300級碳纖維優(yōu)異表面結(jié)構(gòu)性能的碳纖維品種”。

以強大實力踐行國產(chǎn)碳纖維發(fā)展戰(zhàn)略

 

    威海拓展基于濕法紡絲工藝的穩(wěn)定化碳纖維產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、電子等國防建設(shè)，風電等工業(yè)高端裝備以及土木工程等領(lǐng)域，是我國國防領(lǐng)域用碳纖維主力供應(yīng)商、航空領(lǐng)域第一優(yōu)選且最大的供應(yīng)商，不但解決了結(jié)構(gòu)用碳纖維國產(chǎn)化的“有無”、“可用”與“好用”問題，打破了國外在該領(lǐng)域的壟斷，實現(xiàn)了國產(chǎn)關(guān)鍵戰(zhàn)略材料的自主保障，而且也成為國際風電龍頭企業(yè)-Vestas在中國最大的碳梁供應(yīng)商。威海拓展以自己的不懈努力，踐行了“關(guān)鍵技術(shù)是要不來、買不來、討不來的。只有把關(guān)鍵核心技術(shù)掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經(jīng)濟安全、國防安全和其他安全”，堅持走關(guān)鍵技術(shù)自主可控發(fā)展道路。

    對于“基于濕法紡絲工藝的高強PAN基碳纖維產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)”，專家鑒定認為：“項目立足原始創(chuàng)新和自主創(chuàng)新，實現(xiàn)了基于DMSO間歇聚合、濕法紡絲的自主創(chuàng)新，規(guī)模化穩(wěn)定制備高強/高強中模PAN基碳纖維，涵蓋GQ3522（T300級）、GQ4522 （T700級）和QZ5526（T800級）系列產(chǎn)品，支撐了國防關(guān)鍵批產(chǎn)型號的復(fù)合材料應(yīng)用。總體成果達到國際先進水平”。該項目榮獲2019年度中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術(shù)進步一等獎。

    一貫重視知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略的威海拓展，在PAN濕法紡絲制備高性能碳纖維領(lǐng)域，獲授權(quán)國家發(fā)明專利11項，實用新型專利18項，并牽頭編制了我國第一部《聚丙烯腈基碳纖維》國家標準，制定了系列企業(yè)產(chǎn)品標準。

    面對碳纖維這一十分重要且前景遠大的朝陽行業(yè)，威海拓展將秉持“振興民族產(chǎn)業(yè)，堅持實業(yè)報國”宗旨，繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為核心，不斷提高自身實力，努力打造成為具有全球競爭力的碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈制造商。