干喷湿纺高强/中模碳纤维产业化关键技术：让中国用上自己的碳纤维
来源：中国化工报官方微信
2017年获得国家科技进步一等奖的干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用项目，突破了干喷湿纺高强/中模碳纤维产业化关键技术，实现了国产碳纤维批量供应，填补了我国以干喷湿纺工艺为代表的高性能碳纤维生产技术空白，更打破了国外高性能碳纤维企业对我国市场的长期垄断。
据该项目第一完成人、中复神鹰碳纤维公司董事长张国良介绍，碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，被称为“新材料之王”，广泛应用于航空、航天和国防军工、体育器材等领域，是国家安全、武器装备急需的关键战略物资，也是国外长期技术封锁和产品垄断的敏感材料。
我国碳纤维研究始于上世纪60～70年代，但是由于生产周期长，而且生产工艺涉及高分子聚合、高分子聚合物凝固成形、高温氧化碳化等多种物理和化学形态的变化，研发一直处于实验室小规模生产测试阶段。再加上生产技术设备落后，碳纤维质量和性能稳定性也较差，我国碳纤维市场曾长期处于进口产品垄断状态，高昂的进口价格和严苛的技术封锁，严重制约着我国碳纤维的发展。
2000年8月，我国专门成立了以两院院士师昌绪为组长的“聚丙烯腈基(pan)碳纤维发展对策研究”课题组。时任国家主席胡锦涛和总理温家宝多次批示，必须把我国碳纤维及其复合材料搞上去。
在这样的时代背景下，中复神鹰联合东华大学、江苏鹰游纺机有限公司开展了国产碳纤维的研发攻关。研发团队突破了制备高性能碳纤维的先进技术——干喷湿纺。“与湿法碳纤维相比，干喷湿纺技术产品力学性能大幅提升、生产效率显著提高、能耗大幅降低，成为生产高性能碳纤维的全新技术。”张国良介绍道。干喷湿纺工艺被认为是今后碳纤维生产的主流工艺，但也是碳纤维行业公认的难以突破的纺丝技术，此前国际上仅有少数几家国外公司掌握。
这一关键技术的突破，使纺丝速度可以达到每分钟400米以上，是传统湿法纺丝的5倍。突破干喷湿纺关键技术后，研究团队又开发了均质聚合系统、高效环保脱单、稳定干喷湿纺、节能预氧化成套技术，打造了我国首个采用干喷湿纺工艺的千吨级碳纤维生产线。
如今，随着技术的不断革新改进，该条生产线在实现连续化稳定生产的同时，产出的碳纤维产品性能和品质都有了大幅提高，力学性能达到进口t700s碳纤维水平，并批量供应市场，极大促进了我国碳纤维复合材料产业的发展。中国工程院院士孙晋良这样评价，该项目建设的基于干喷湿纺工艺的碳纤维生产线，研发技术水平达到国内领先，部分性能指标超过国外同类产品水平。据国内碳纤维行业权威测试中心北航和北化国家实验室测试，该项目生产碳纤维一致性指标达到国际先进水平。
目前，中复神鹰已成为我国唯一、世界第三个攻克干喷湿纺工艺难题的企业，其碳纤维年产能达到6000吨，连续多年在国内纤维市场占有率达60%。
历时12年，投入资金超过20亿元，中复神鹰连续攻克了碳纤维生产原液制备技术，设备生产技术，pan纤维快速均质预氧化、碳化集成技术，并构建了干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化生产体系，建成了首套具有完全自主产权的干喷湿纺碳纤维生产成套装备。“然而我们的产品在某些方面与国外先进的产品相比还有差距，比如品种结构不齐全，但我相信通过努力，要赶上国外碳纤维的水平指日可待。”张国良表示。
截至目前，该项目已获授权专利17项，其中发明专利13项，发表论文41篇，开发的t700与t800碳纤维产品已经应用到航空航天、碳芯电缆等领域，t1000和t1100碳纤维的技术攻关也正在进行。
“未来，我们还要继续做中国人自己的碳纤维。我们将立足于干喷湿法碳纤维技术，在‘十三五’期间建成万吨级碳纤维生产基地，不断提高和完善国产碳纤维性能，开发更高强度和模量的产品，进一步降低生产成本，早日实现进口产品的替代。”张国良这样说。