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        纖維原料
        做強碳纖維 辦法總比困難多
        時間:2014年8月5日  作者:王繼征 李利軍  來源:中國紡織報

        過程控制能力弱 穩定性理念存偏差

        問題一:目前我國不僅尚未實現高強碳纖維品種的產業化,而且低端的T300級碳纖維的產品穩定性、可靠性仍與國外有較大差距,您認為其癥結在哪兒?

        北京化工大學國家碳纖維工程技術研究中心主任徐樑華:我國T300級碳纖維雖然建立了產業化規模,但產品穩定性、可靠性仍有待于進一步提高,尤其是達產能力及達產基礎上的質量穩定性亟須技術攻關。我國企業的產品穩定性理念有意或無意地出現了偏差,實際上生產過程中的產品質量穩定性并不能等同于提供給用戶的產品批次穩定性。不同批次的產品質量存在較大差異,也會給用戶帶來影響。

        工藝仿制式的國產碳纖維工程化建設導致我國碳纖維自主研發能力偏弱。占主流的二甲基亞砜原絲工藝10多年來未得到實質性的技術改良與升級,相同的工藝基因導致國產碳纖維的技術與質量問題具有共性。另一方面由于缺乏對工藝的深層次研究,工藝對國產化裝備的設計指導較弱,裝備與工藝的協同水平低,造成產能釋放能力低、耗能偏高、運行穩定性差、壽命周期短等問題。而相對落后的裝備技術,也導致產品性能穩定性差、生產成本偏高,產業整體競爭優勢欠缺。

        山東大學碳纖維復合材料研發中心主任朱波:我國碳纖維工藝流程與過程控制穩定性欠佳,因此產品穩定性控制難度大。應實現工藝裝備一體化,保證產品質量穩定性。

        降成本靠技術和設備升級

        問題二:成本高是目前阻礙國產碳纖維在下游應用的另一個主要問題,您認為要降低成本關鍵在哪個環節?

        北京化工大學國家碳纖維工程技術研究中心主任徐樑華:碳纖維生產企業應發展新技術改造已建生產線,對傳統技術實施二次集成創新,通過優化工藝、提升裝備、降低能耗來實現技術升級、產品質量穩定、經濟效益提高的目標。

        山東大學碳纖維復合材料研發中心主任朱波:我國碳纖維生產成本高主要是由于碳纖維裝備技術缺乏創新,引進設備投資居高不下;生產過程中設備運行能耗高,能源綜合利用率低;產品生產成本與規?;拿芡怀?,形成惡性循環。因此要降低成本,應促進國內設備技術水平提升,實現設備國產化,降低投資。碳纖維生產線要系統規劃與設計,加大科技投入,提高能源綜合利用率,降低運行成本。研究開發新工藝,提高產品質量和成品率。

        中復神鷹碳纖維有限責任公司董事長張國良:要降低生產成本,一種解決途徑是降低原絲生產成本和發展新型碳纖維前軀體,改進原絲生產工藝,試探采用PAN外的其他材料用作制備高性能碳纖維的原絲,通過改進聚合單體和聚合技術,實現在聚合階段就能形成具有與預氧化纖維相同結構的前驅體。另外,應發展新的預氧化、碳化和石墨化技術,發展新型預氧化技術,縮短預氧化時間,降低碳化、石墨化成本,發展微波技術,自主研發設計節能高效的碳化設備。

        東華大學研究院副院長余木火:碳纖維低成本化技術的發展目標是每千克生產成本降到5~8美元。在碳纖維的成本構成中,原絲占50%,氧化碳化占50%。目前碳纖維低成本化采用的技術主要包括大絲束,水相沉淀聚合——干噴濕紡工藝,用民用腈綸工程生產碳纖維技術等。碳纖維低成本化原絲新技術包括采用木質素原料制成木質素—PAN共混原絲,熔體紡絲法制備碳纖維及其木質素原絲,高粘度PAN溶液干噴濕紡等。在氧化碳化低成本化方面主要是采用快速氧化碳化技術(分散或降低環化熱),提高氧化速度,提高能源利用率。

        市場推廣上下游結合不可少

        問題三:碳纖維下游應用領域寬廣,但國產碳纖維在很多方面都剛剛起步,應如何開拓市場和推廣產品?

        江蘇恒神纖維材料有限公司戰略項目發展部副總經理宋蓮花:我們在準備上項目前,都會經過長期的調研,總結優秀企業的發展經驗。他們存在以下幾個長處:一是發展具有規?;?,這樣成本也降低了,具有競爭力。二是建設完整產業鏈。三是發展碳纖維產業的同時,對應配套的產業要同步開發,同步發展。例如,上漿劑、樹脂等的開發也要跟上。

        山東大學碳纖維復合材料研發中心主任朱波:應穩扎穩打,做好技術研發與生產應用的無縫對接,加大復合材料制品系列化開發力度,解決好復合材料制品制備中的關鍵問題,利用好各類各種規格的碳纖維,帶動上游發展。

        中國復合材料集團公司董事長張定金:盡管汽車行業中大規模使用碳纖維還存在眾多技術難題,但碳纖維在汽車領域應用前景廣闊。不斷提高制造技術,打通從原料到加工的技術障礙,以最低的成本獲得最好的性能是努力的目標。要想在汽車應用上實現突破,我國碳纖維生產企業還須注重與樹脂供應商、中間產品生產商和設備制造商的合作。

        方大江城企業代表:碳纖維產業鏈上的企業應加強合作,要秉持開放心態,不要封閉。政府一方面要繼續原有的資金支持,另一方面要在應用方面加大支持。

        產業鏈必須一體化發展

        問題四:碳纖維的發展涉及諸多環節,您認為怎樣才能集合各方力量和優勢,實現產業的突破和提升?

        江蘇恒神纖維材料有限公司戰略項目發展部副總經理宋蓮花:江蘇恒神T300級碳纖維的發展得到了國家、協會和地方的大力支持,目前已經通過了飛機應用的相關認證。T700級碳纖維通過了發改委的認證,T800級產品還沒有規?;a,但是已經能連續生產了。

        江蘇恒神堅持產學研的發展模式,公司不是在某一項目中實施這一模式,而是將這種模式融入到了長期的工作中。產學研是企業的工作方式。

        江蘇恒神是較早進入碳纖維領域的國內企業之一,目前在碳纖維發展方面積累了豐富的經驗。當前碳纖維的發展有幾個特點:一是國內目前做到生產規?;?、穩定化、高品質的企業不多。二是認為碳纖維前景好,許多企業蜂擁而來,低水平重復建設的現象較普遍,造成行業低水平競爭激烈。三是在降成本、提品質、豐富產品種類上都有很大的進步空間,都需要優化。

        俗話說,巧婦難為無米之炊。我國碳纖維發展之初是“無米”,但是發展到現在,有了一定產業基礎后,不禁要問“巧婦”在哪里?這就涉及產業人才培養的問題了。國家應當在高等教育方面加強培養這方面的人才,教育要跟上產業的發展步伐。尤其在當前,碳纖維復合材料設計方面的工作非常重要,但是沒有相關的設計專業人才。從碳纖維到碳纖維復合材料,再到碳纖維復合材料設計應用,三個環節都缺乏相應的專業人才。

        另外一個重要問題是,碳纖維復合材料的應用要有一體化的發展思路。從碳纖維的研發生產到最終應用,要有連續化的投入與配合。同時,這就需要能夠串起產業的高素質人才。

        因此,對于我國碳纖維產業的發展,有幾點建議:一是國家首先要解決人才隊伍建設問題。企業通過研發生產一線可以培育出相關人才,國家也要通過科研院所培養碳纖維產業鏈上各環節的相關人才。尤其是設計方面的人才,我們國家太缺乏了。二是產業鏈上的各種力量要聯合創新。要以企業為載體進行系統創新。在產業鏈不成熟時,碳纖維企業對于產品比較熟悉,再聯合院校、科研院所,會有很大的進步。三是國家要對碳纖維產業一如繼往地提供支持,同時重視應用示范項目的建設,要轉到依靠應用拉動項目上來。在軌道交通、航天航海等領域,國家可以重點推廣建設一批示范應用。

        目前,我國碳纖維產業的發展兩極分化現象已經明顯。一些企業已經突出重圍,找到適合自己的發展模式,摸索和積累了一定的發展經驗,有一些已經開始贏利;而有的還在艱難運行,在同質化低水平的競爭中感覺不到希望。這說明行業的發展已經有很大的進步。

        吉林化纖集團董事長宋德武:總結發展經驗有幾點:一是要走產業鏈一體化的發展路線;二是碳纖維均一性問題最為重要;三是要抓住汽車輕量化的發展趨勢;四是政府要鼓勵應用,這個比什么都有意義,讓市場自己“活”起來。

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