本報記者 同黎娜

對于日本、美國這樣的碳纖維強(qiáng)國來說，大絲束碳纖維制備技術(shù)是其碳纖維行業(yè)實現(xiàn)低成本化的關(guān)鍵技術(shù)之一，大絲束也是碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域大面積應(yīng)用的主要技術(shù)路徑。中國碳纖維產(chǎn)業(yè)接下來要想進(jìn)一步增強(qiáng)競爭力，大絲束是個重要的發(fā)展方向，也因此，大絲束近幾年成為我國市場上各方關(guān)注的熱點。但是，因為制備技術(shù)難度大，大絲束成為“一塊難啃的硬骨頭”，令不少國內(nèi)的碳纖維企業(yè)望而生畏。不過，這一情況正在被龍頭企業(yè)一步步突破。

近期，從吉林化纖集團(tuán)（以下簡稱“吉林化纖”）傳出消息，該公司自主研發(fā)的48k大絲束碳纖維原絲順利通過碳化并持續(xù)批量生產(chǎn)，且碳化效果遠(yuǎn)超預(yù)期，各項指標(biāo)均超過了日本東麗T300級產(chǎn)品的水平，成為繼24k碳纖維成功市場化后的又一碳纖維新產(chǎn)品。

那么，吉林化纖在大絲束方面有了哪些新突破？大絲束碳纖維制備技術(shù)的難點具體體現(xiàn)在哪些方面？其未來的市場發(fā)展前景如何？日前，《中國紡織報》記者就上述問題進(jìn)行了深入采訪。

攻下48k碳纖維碳化技術(shù)

碳纖維生產(chǎn)中所說的1k，是指一根碳纖維原絲中含有1000根單絲。按照業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，每束碳纖維中的單絲根數(shù)小于24k的碳纖維，比如1k、3k的碳纖維都屬于小絲束碳纖維，每束碳纖維中的單絲根數(shù)大于或等于24k的碳纖維屬于大絲束碳纖維。

相比小絲束，大絲束碳纖維的生產(chǎn)效率更高，在復(fù)合材料制備過程中的鋪層效率也更高，生產(chǎn)成本卻能降低約30%以上。從國際市場看，大絲束碳纖維目前主要用于風(fēng)電葉片、能源建筑等工業(yè)市場。

吉林化纖此次成功通過碳化的48k碳纖維原絲，是指原絲中含有48000根單絲，屬于大絲束。48k大絲束碳纖維最大的優(yōu)勢，就是在相同的生產(chǎn)條件下可大幅度提高碳纖維的單線產(chǎn)能，實現(xiàn)生產(chǎn)的低成本化，有助于打破碳纖維因價格較高帶來的應(yīng)用局限，為碳纖維復(fù)合材料進(jìn)一步拓展應(yīng)用市場奠定基礎(chǔ)。

吉林化纖從2017年7月開始研究48k大絲束碳纖維原絲，借鑒24k碳纖維原絲生產(chǎn)經(jīng)驗，對原液流程實施再造，對關(guān)鍵裝備技術(shù)進(jìn)行升級。今年7月，公司成功地開發(fā)出了48k碳纖維原絲的聚合、紡絲工藝技術(shù)，形成了千噸級PAN基48k碳纖維原絲技術(shù)工藝包，批量試生產(chǎn)出48k碳纖維原絲。從產(chǎn)品面世到質(zhì)量穩(wěn)定，吉林化纖研發(fā)團(tuán)隊先后攻克了線密度控制難、水洗效果不均勻、原絲強(qiáng)度不穩(wěn)定等難題。

事實上，去年年底，吉林化纖8000噸大絲束碳纖維碳化項目一期2000噸生產(chǎn)線已試車成功，隨后實現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著我國的大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)邁出了重要一步，這為此次成功實現(xiàn)48k大絲束碳纖維原絲的碳化奠定了堅實基礎(chǔ)。其整體的8000噸大絲束碳纖維碳化項目預(yù)計將于明年年末完成。

吉林化纖生產(chǎn)出48k原絲后，第一時間到2000噸/年的碳化生產(chǎn)線進(jìn)行氧化、碳化試驗，上下游聯(lián)合攻關(guān)，從小試、中試到批量碳化，反復(fù)調(diào)整、驗證，最終實現(xiàn)了100束48k碳纖維原絲的順利碳化。據(jù)測試，48k大絲束碳纖維的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、層間剪切強(qiáng)度等指標(biāo)均能滿足應(yīng)用需要。至此，吉林化纖在真正意義上生產(chǎn)出了國內(nèi)首批48k大絲束碳纖維。

實現(xiàn)48k大絲束碳纖維的批量生產(chǎn)具有重大意義。業(yè)內(nèi)人士指出，只有不斷攻克碳纖維制備技術(shù)，始終堅持自主創(chuàng)新，持續(xù)提高我國碳纖維的產(chǎn)業(yè)化水平，并持續(xù)推進(jìn)低成本化，才能使我國碳纖維更廣泛地應(yīng)用于風(fēng)電葉片、油田、常壓及高壓容器、軌道交通等工業(yè)領(lǐng)域，從而為中國制造由大變強(qiáng)提供堅實保障。

大絲束技術(shù)難點呈系統(tǒng)性

有機(jī)構(gòu)預(yù)計，未來幾年大絲束碳纖維的年均需求增速將超過16%，預(yù)計到2020年，全球市場對大絲束碳纖維的需求量將達(dá)到15萬噸，中國市場對其的需求量將達(dá)到7.7萬噸。
 

吉林化纖集團(tuán)公司董事長宋德武介紹，此前幾十年，國際碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大主要由日本東麗等碳纖維領(lǐng)頭企業(yè)，以及波音、空客這樣的航空航天領(lǐng)域的下游應(yīng)用企業(yè)合力推進(jìn)，航空航天領(lǐng)域也一直是碳纖維最主要的應(yīng)用市場。在這個技術(shù)體系下，碳纖維制備技術(shù)主要走的是小絲束、高強(qiáng)度路線。中國碳纖維產(chǎn)業(yè)近10多年的快速發(fā)展主要也是按照這個思路朝前走。但發(fā)展到目前這個階段，小絲束碳纖維應(yīng)用市場的增幅趨緩，因此，吉林化纖在保持小絲束碳纖維原絲生產(chǎn)的既有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，這幾年向著“低成本、大絲束、通用化、高品質(zhì)”的方向努力。

但是，大絲束技術(shù)就像一塊難啃的“硬骨頭”，企業(yè)并不是輕松松松就能啃得動。據(jù)了解，目前我國能生產(chǎn)大絲束碳纖維原絲的企業(yè)仍是少數(shù)，真正實現(xiàn)市場化的更是寥寥無幾。而原絲工藝分為濕法二步法工藝和DMSO（干噴濕法）工藝，吉林化纖使用的是濕法二步法。那么，大絲束碳纖維的制備技術(shù)究竟難在哪些方面？

難點一是大絲束碳纖維生產(chǎn)此前并沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)和健全的體系，這給其研發(fā)增加了很大難度。相比小絲束，在原絲、聚合、預(yù)氧化、碳化等多個系統(tǒng)環(huán)節(jié)，大絲束碳纖維的制備技術(shù)都更難。比如，如果生產(chǎn)的是1k、3k的小絲束碳纖維，一個噴絲板上會有1000個、3000個孔，但如果生產(chǎn)的是48k大絲束碳纖維，一個噴絲板上會有48000個孔，這本身就具有一定的挑戰(zhàn)性。

難點二是CV值的穩(wěn)定。如果是生產(chǎn)3k小絲束碳纖維，要求一個噴絲板上的3000個孔里噴出來的每根絲的均勻度都一樣，這相對容易；但如果是生產(chǎn)48k大絲束碳纖維，就要求一個噴絲板上的48000個孔里噴出來的每根絲的均勻度都一樣，基數(shù)大了好幾倍，難度自然相當(dāng)大。

難點三是毛絲問題。毛絲問題通常伴隨著紡絲過程一直存在，企業(yè)要做的是將毛絲的占比控制在合理范圍內(nèi)。如果是生產(chǎn)1k的碳纖維，按照1%的毛絲占比，會出10根毛絲，這看上去并不明顯；但如果是生產(chǎn)48k碳纖維，按照同樣的毛絲占比，將會出現(xiàn)400多根毛絲，這會使毛絲看上去比較明顯。因此，如何控制好大絲束碳纖維的毛絲占比是個大難題，目前國際上也沒有這方面的標(biāo)準(zhǔn)。

難點四是碳化環(huán)節(jié)。大絲束碳纖維原絲生產(chǎn)出來后，在碳化環(huán)節(jié)還將面臨不少新挑戰(zhàn)。比如，毛絲的問題在原絲上體現(xiàn)得可能并不明顯，但在碳化環(huán)節(jié)有可能會凸顯出來，因為在碳化環(huán)節(jié)會發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，有可能會導(dǎo)致纖維分子結(jié)構(gòu)中的某些鍵斷裂等現(xiàn)象發(fā)生。

而要解決這些難題，企業(yè)需要從單體的配比、工藝配方的改進(jìn)、每一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)的摸索完善等方方面面下功夫�？梢园l(fā)現(xiàn)，大絲束的制備技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。要想攻克這些難題，就意味著企業(yè)必須持續(xù)不斷地進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，而這通常是個難度大、投入高、見效慢的長期過程，也考驗著企業(yè)在資金、技術(shù)、人才、裝備等方面的綜合水平。

難能可貴的是，吉林化纖這幾年不斷攻克技術(shù)難關(guān)，一步步啃下了大絲束這塊“硬骨頭”，并逐步得到了市場認(rèn)可。記者了解到，今年1~7月，吉林化纖碳纖維原絲銷量為3834噸，同比增長102%， 主要原因就是24k、25k碳纖維原絲銷量良好。