PAN基碳纖維制備濕法紡絲工藝具有重要戰略意義

 

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

    由于受碳纖維原絲制備技術的影響，直到上世紀末，國產碳纖維技術發展一直徘徊在無法實現產業化的低水平狀態，國防裝備的結構復合材料用碳纖維完全依賴進口，給國家安全和發展帶來極大隱患，迫切需要研發滿足我國重點領域高端裝備需要的碳纖維國產化技術，實現關鍵材料的自主保障。

    PAN基碳纖維制備具有材料領域最長的工藝流程，包含聚合、紡絲、預氧化、碳化（石墨化）、表面處理等工藝環節。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構，有利于提高作為結構材料用碳纖維樹脂基復合材料的界面性能。我國以航空航天為代表的國防領域長期采用濕法紡絲工藝制備的碳纖維。因此，研發碳纖維制備的濕法紡絲工藝，在中國具有重要的戰略意義和市場價值。

威海拓展“獨創了一種碳纖維品種”，形成了濕法紡絲工藝為基礎的系列產品

 

    威海拓展纖維有限公司以碳纖維復合材料制備為技術與產業基礎，基于對國家關鍵戰略材料國產化的執著，基于對產業鏈關鍵原材料實現自主可控的追求，投身PAN基碳纖維國產化技術攻關和產業化建設。

    在國家科技部、科工局、發改委和工信部等多部委科技與產業化計劃支持下，在重點型號應用研制的牽引下，針對傳統的二甲基亞砜濕法紡絲技術的纖維缺陷控制、纖維表截面形貌控制、多紡位/多絲束工藝狀態一致性控制，以及滿足高端應用需求的碳纖維性能/規格系列化技術研究等難題，威海拓展聯合北京化工大學、復旦大學等科研單位，立足工藝技術的自主創新和原始創新，通過二甲基亞砜濕法紡絲工藝制備碳纖維原絲新技術、產業化技術的自主創新，結合關鍵裝備的再創新，實現了多項關鍵技術突破——

 

   1、突破高品質紡絲液高效制備關鍵技術，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、自主創新多紡位紡絲新技術，有效提升了多紡位原絲質量一致性和穩定性；

   3、研發出具有溫度梯度特征的高效原絲牽伸工藝與裝備、實現碳纖維模量的有效調控，滿足航空領域需要；

   4、研制成功熱風交互式輸送預氧化爐新技術，打破傳統四溫區模式，建立六溫區新工藝，突破了3米幅寬預氧化生產設備高效長期穩定運行瓶頸；

   5、研發出新型低纖度PAN原絲紡絲技術、實現低纖度原絲的徑向均質、軸向高取向的結構優化；

   6、研發出結構組合可控的纖維預氧化技術、解決了碳纖維中、高模量制備的技術難題；

   7、研發出集仿真設計、制造與運行管的國產化關鍵裝備技術、解決不同模量碳纖維產業化質量一致性難題。

    通過系統的技術攻關，研制出基于拉伸強度的系列化技術與產品、基于拉伸模量的系列化技術與產品、基于絲束規格的系列化技術與產品，實現了高性能碳纖維規模化生產和規模化應用，建立起完整的基于濕法紡絲工藝制備高強碳纖維的技術研發與千噸級產業化體系。

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

以強大實力踐行國產碳纖維發展戰略

 

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

    對于“基于濕法紡絲工藝的高強PAN基碳纖維產業化制備技術”，專家鑒定認為：“項目立足原始創新和自主創新，實現了基于DMSO間歇聚合、濕法紡絲的自主創新，規模化穩定制備高強/高強中模PAN基碳纖維，涵蓋GQ3522（T300級）、GQ4522 （T700級）和QZ5526（T800級）系列產品，支撐了國防關鍵批產型號的復合材料應用?？傮w成果達到國際先進水平”。該項目榮獲2019年度中國紡織工業聯合會科學技術進步一等獎。

    一貫重視知識產權戰略的威海拓展，在PAN濕法紡絲制備高性能碳纖維領域，獲授權國家發明專利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，制定了系列企業產品標準。

    面對碳纖維這一十分重要且前景遠大的朝陽行業，威海拓展將秉持“振興民族產業，堅持實業報國”宗旨，繼續以技術創新為核心，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業鏈制造商。