碳纤维国内技术和生产现状简介

1、国内碳纤维技术及生产现状我国从 20 世纪 60 年代后期开始研制碳纤维，历经近40 年的漫长历程。 在此期间， 由于国外把碳纤维生产技术列 入禁运之列， 严格控制封锁， 制约了我国碳纤维工业的开展。 我国科技工作者发扬自力更生的精神，从无到有，逐步建成 了碳纤维的工业雏型。 20 世纪 70 年代初突破连续化工艺， 1976 年在中科院山西煤炭化学研究所建成我国第一条 PAN 基碳纤维扩大试验生产线，当时生产能力为 2t/a 。20 世纪 80 年代开展了高强型碳纤维的研究， 于 1998 年建成一条新 的中试生产线，规模为 40t/a 。我国主要研究单位有中科院 山西煤化所、上海合纤所、北

2、京化工大学、山东工业大学、 东华大学、安徽大学、浙江大学、长春工业大学等。我国目前使用碳纤维量约占世界用量的 1/5 。巨大的市 场潜力， 供不应求的局面， 必然促进我国碳纤维工业的开展。 但是，要想进入竞争的市场，一是要保证产品的质量，二是 要求价位相当。针对我国碳纤维工业的现状，需首先解决高 性能 PAN 原丝的质量，在这根底上才有可能产业化，这是 进市场的前提；同时，还需进行预氧化，碳化，石墨化设备 及外表处理装置的工程化开发，使其形成规模化生产能力， 才能在保证质量的根底上降低本钱。目前，内内研究开发以 及生产碳纤维的呼声很高，开展趋势令人鼓舞。 但由于对我国碳纤维产业开展的建议目前我

3、国高性能 碳纤维无论在质量上还是数量上与国外相比还有一定差距， 远远满足不了需求。为此，尽快研究和开展我国自己的高性 能碳纤维材料已迫在眉睫。碳纤维是一门多学科交叉、多技 术集成的系统工程，质量的提升涉及到方方面面。以下几个 方面应优先考虑。1、提高 PAN 原丝质量PAN 原丝不仅影响碳纤维的质量，而且影响其产量和 生产本钱。换言之，只有高质量的原丝才能生产出高性能碳 纤维，才能稳定生产，提高产量，降低本钱。对于现代碳纤 维生产线，要求喂入丝束数在 100 以上，且高速运行；如果 原丝质量低劣、彼此性能差异较大，易在生产过程中产生毛 丝缠结，甚至发生断丝，很难稳定生产，这样必然加大原丝 的损

4、耗。对于质量好的 PAN 原丝。用以下的原丝可生产出 1kg 碳纤维；而质量差的原丝，那么需，甚至更高，这必然加 大生产本钱，而原丝本钱占碳纤维生产本钱的 50 %65 %。 所以， PAN 原丝质量不仅可左右碳纤维的性能 ,而且也制约 着碳纤维的生产本钱和市场竞争力。2、研制高纯度原丝研制高纯度原丝可把先天性缺陷降低到最小程度， 大量 检测说明，国产原丝和碳纤维所含碱、碱土金属和铁的含量 比国外大得多。碱、碱土金属和铁的存在不仅影响聚合和纺 丝的性能稳定性，而且在高温碳化过程中逸走而残留下孔 隙，所以，聚合所用原料要纯，纺丝空间应洁净化，所用设 备应耐腐蚀。另外，原丝高强化经测试和有关资料说

5、明，我国 PAN 原丝强度 力 比拟低，而国外 PAN 原丝强度 力一般在 60g d 以上。在一定范围内，碳纤维的拉伸强度随着原丝强力 的提高而提高，而提高原丝强力的技术措施之一是相应提高 PAN 树脂的分子量。 细旦化高强度碳纤维的开展趋势之一是 单丝直径较细。直径越细，包含大缺陷的几率越少，尺寸效 应就越显著。均质化主要是纤维横截面由表及里结构均匀， 性能一致。这就要求 PAN 原丝、预氧化纤维和碳纤维无明 显的皮芯结构。纤维的皮芯结构易在凝固成纤过程或预氧化 热处理过程产生，最正确工艺条件的选择那么十分重要。细晶 化对于脆性材料，缺陷大小与微晶尺寸视为同一数量级。细 晶化有利于对缺陷的

6、控制和碳纤维抗拉强度的提高，特别是 压缩强度的提高。细晶化应从聚合开始，贯穿于生产碳纤维 的全过程。扩大生产线规模除 PAN 原丝质量外，扩大生产 规模也是降低本钱的有效途径。3、增强拉伸强度碳纤维是由有机 PAN 纤维经过一系列热处理转化而来 的。碳纤维属于脆性材料， 拉伸强度等性能受控于各类缺陷。因此，在一定意义上来讲，提高碳纤维的拉伸强度等性能就 是采取技术措施减少缺陷数目、减小缺陷尺寸的过程。从碳 纤维的缺陷产生可大致分为两类：一类是先天性缺陷，由 PAN 原丝“遗传给碳纤维；第二类是后天性缺陷，在预氧 化、碳化等一系列后处理过程中产生。从缺陷在碳纤维中所处的位置又可分为外表缺陷和内

7、部缺陷两大类， 而外表缺陷占缺陷总数的 90 左右。对拉伸 强度的影响要比内部缺陷大得多。所以，在生产碳纤维全过 程中 从聚合开始到碳纤维收丝 都要关注缺陷的产生和演变 以及控制缺陷的技术措施，其中包括油剂质量和上油剂工 艺。这也是提高碳纤维拉伸强度的主要途径。碳纤维的理论 强度为 180GPa ，目前世界上强度最高的碳纤维 T1000 日本 东丽公司 的拉伸强度也仅是理论值的 3.9 ，而国产碳纤维 的拉伸强度那么更低，所以提高碳纤维的拉伸强度有很大的潜 力和空间。随着我国经济的快速开展，国内碳纤维的需求与日俱 增，而加强技术创新是我国碳纤维加快开展实现产业化的关 键。 目前我国已开发的新技

8、术如下 ：1高性能原丝制备技术：一种拥有自主知识产权的低 本钱、高效率，适用于制备高性能 T700 碳纤维原丝的高品 质丙烯腈成纤聚合物原材料纯化技术，由长春应化所研究成 功并通过了吉林省科技厅组织的鉴定。专家认为，该技术整 体居于国内领先水平。高性能原丝制备技术的开发成功可彻 底改变我国碳纤维制备技术落后的不利局面，对提升我国碳 纤维产业开展水平具有重要意义。(2) 航天级高纯粘胶基碳纤维：由 东华大学 研制成功的 性能稳定、质量合格的航天级高纯粘胶基碳纤维，填补了国 内空白，而且为国家战略武器用碳纤维材料的开展奠定了基 础。研制的粘胶基碳纤维具有高纯度、 低密度、 高断裂应变、 低热导率和

9、耐烧蚀等优良特性，是特种防热层材料，其性能 大大超过原碳布路线的产品。过去世界上只有美国和俄罗斯 掌握这一技术，而东华大学潘鼎教授领衔的课题组先后攻克 了原丝关、 工艺关、 强度关、 排废关， 在原丝质量指标确定、 稀纬带炭化技术、有机和无机混合型催化体系、连续纯化工 艺、空气介质低温热处理和两段排焦等工艺技术和装置方面 取得了一系列原创性成果，解决了六大关键技术难题，使我 国成为世界上第 3 个掌握这一技术的国家。3) 碳纤维加固补强织物： 由上海纺织科学院 研制的碳 纤维加固补强织物是一种高科技含量的产品，该纤维采用国 外进口高性能碳纤维加工而成。具有高强高效、耐久耐腐、 质量轻等特点。补

10、强技术是用配套树脂将碳纤维织物粘贴于 混凝土结构外表。起到结构补强及抗震加固作用。广泛用于 梁、柱、板、墙等的补强，也可用于桥梁、隧道水坝等其他 土木工程的加固。国内各地区碳纤维有关的技术及产品开发情况：下面分别对各区的开发情况作一简介。1、上海地区。最近上海石化公司召开了碳纤维原丝发 展研讨会，该公司准备投资过亿元，采用 NaSCN 一步法生 产数千吨 PAN 基原丝，真正形成工业规模生产。上海星楼 实业也制定了一套碳纤维产业化开展方案，拟建立 400t/a 大丝束碳纤维生产线，总投资也超亿元包括下游产品 。 此外，上海市合纤所采用亚砜两步法研制和小批量生产 PAN 基原丝以及碳纤维；上海碳

11、素厂也有小型碳化线及碳纤维下 游产品。2、安徽地区。“十五期间，国家已批准在安微蚌埠建 立 500t/aPAN 原丝和 200t/a 碳纤维生产线，总投资过亿 元。 PAN 原丝采用亚砜一步法，技术由国外引进；产品以 12K 的 T300 级碳纤维为主，并准备引进成熟的预浸料生产 线。华皖集团原蚌埠灯芯集团公司二期建设规模将使碳 纤维产量翻一番， 到达 400t/a 。下游产品的开发也列入开展 规划。3 、浙江地区。中宝碳纤维责任在浙江嘉兴拟建400t/a大丝束碳纤维生产线，技术和设备引进，投资数亿元，并配 套 300 万 m2 预浸料。 该工程国家已批准， 并积极开展了前 期论证和考查工作。

12、根据国内外市场动向及投资与回报等问 题，暂缓建立碳纤维生产线，而集中力量开发预浸料等下游 产品。同时，还成立了浙江省碳纤维工程技术研究开发中心， 全面推进碳纤维事业。4 、广西地区。 桂林市化纤总厂拟建 200t/a 碳纤维生产 线，产品为 3-12 K 的小丝束碳纤维，投资也过亿元。5、山东地区。山东省已把碳纤维列入全省十大高技术 产品开发工程首位工程。有以下几个单位从事碳纤维及其制 品的研究与生产，或准备介入碳纤维事业。1 山东天泰碳纤维有限责任公司。 作为国家计委示范工程将建立 400t/a 投产后， 再翻一番到 800t/a ，投资超亿元。 技术协作单位是 山东工业大学等。同时该公司积

13、极开发和生产多种下游产 品。 2 青岛将建立 500t/a 左右的碳纤维生产线，青岛化 工学院高分子工程材料研究所恒晨公司的介入，引起国 内同行们的极大关注。 3 山东威海光威渔具集团主要从 事钓鱼竿生产，碳纤维预浸布的规格有 30 余种。根据开展 趋势，有可能向上游即 PAN 基原丝和碳纤维开展。此外， 山东省东营生产力促进中心也在考虑招商引资建立碳纤维 生产线，认为石油等工业是碳纤维的潜在市场。6、北京化工大学与吉化公司树脂厂，将依靠自己的技 术建立 500t/a 原丝和 200t/a 碳纤维生产线。放弃硝酸法， 采用亚砜一步法技术路线生产原丝。目前，正在进行中试实 验。7、兰化集团化纤厂

14、已有 100t/a 原丝生产线和预氧化生 产装置，方案配套碳化装置生产碳纤维。原丝采用 NaSCN 一步法。该单位的睛纶生产线是我国从国外首次引进的，有 丰富的生产经验和技术积累。8、吉林碳素厂是我国小丝束碳纤维生产基地，已向用 户提供 50 余吨小丝束碳纤维，为国家作出了积极奉献。目 前，该厂正在建立新的小丝束碳纤维生产线，扩大产量，以 满足市场需求。9 、中科院山西煤化所研制碳纤维已有30 多年历史。在 70 年代中期， 建成我国第一条纤维中试生产线； 在 90 年 代末期，又建成我国第一条纤维中试生产线；在 90 年代末 期，又建成我国第一条吨级粘胶基碳纤维生产线。已形成规模并有一定生产

15、能力的厂家如下： 碳纤维生产厂：中钢吉碳，威海拓展，大连兴科，甘肃 郝氏，连云港神鹰等等。碳纤维原丝生产厂： 吉林化工， 扬州惠通， 连云港神鹰， 山西恒天，威海拓展等等。其中威海拓展， 连云港神鹰整体规划规模较大， 长远计 划年生产量万吨以上。1、威海拓展纤维威海拓展纤维建设在威海工业园区内， 总规划用地面积 1000 亩，总投资额为 36 亿元人民币，总建设时间 2022 年 完工，工程主要分为两大区域开展建设， 达产后年产原丝 2.5 万吨、碳纤维 1 万吨，碳纤维及复合材料园区全部建成后， 年可实现销售收入 114 亿元，实现利税 22.75 亿元，利润 17.1 亿元。2、连云港中复

16、神鹰复合材料公司 连云港大浦园区中复神鹰是中国目前仅有的能自主生 产原丝、碳丝的企业。 自去年实施 T300 级 PAN 基万吨碳纤 维国产化工程以来， 方案在 2022 年年底前建成国内最大的、 完全国产化的万吨碳纤维生产基地。公司与国内科研机构合 作，整合实验室成果和工业化腈纶生产控制技术，集成创新 千吨级聚丙烯腈原丝及碳纤维工程化生产技术，可规模化生 产性能稳定的 PAN 原丝及 1K 、2K、3K、6K、12K 等规格 的 T300 碳纤维。目前中复神鹰的千吨碳纤维的生产线正在 紧张安装、调试中。中复连众是目前中国最大的兆瓦级风电 叶片制造商。 2007 年，发出叶片超过 300 套，

17、其中配套的 200 余台风电机组在山东威海、江苏东台、吉林通榆、吉林 长岭、辽宁兴城、宁夏宁东、辽宁阜东等 11 个风场安装运 行。3、吉化碳纤维工程研发及生产历程 吉化是在“六五期间开始碳纤维工程的研发工作。在 “七五期间开发出了硝酸一步法 PAN 原丝专利技术并建 成了 9 吨/ 年的中试装置。在“八五期间建成了年产15 吨和 72 吨 PAN 原丝生产线， 累计生产碳纤维及原丝产品 400 余吨。在“十五期间建成了 10 吨/ 年 DMSO 二甲基亚 砜法 PAN 原丝及 5 吨/ 年碳纤维中试装置。目前，经中油 批准并投资 5.2 亿元在吉化上一条从原丝到碳纤维生产的年 产百吨生产线。

18、吉化碳纤维工程下一步工作安排2022 年下半年实施新 10 吨/ 年碳化装置的建设，开展 6KT300 级产品的研制，做好新装置调试及原装置稳定化运 行，提供新型号产品。 2022 年月， 中试开发 T800 工程化技 术，向用户提供批量 T800 产品用于应用测试；确保百吨级 碳纤维及配套原丝装置在一季度投产，力争年内在百吨装置 上提供批量碳纤维产品，满足国防需要；在百吨装置开车成 功后，启动千吨级碳纤维及配套原丝装置建设工作，确保装 置 2022 年建成投产。4、大连兴科碳纤维简介1990 年建立了年产 10 吨的碳纤维试验线， 2001 年建 立了大连兴科碳纤维， 2007 年完成了单线千吨级碳纤维生 产线的设计。2001年11月百吨线试生产，2003年3月320K 大丝束通过碳化， 2005 年开发出用于防火阻燃的预氧布， 2006 年用国产的原丝生产出 T300 的碳纤维， 2007 年生产 出氢燃料电池中用的碳纸。 目前该公司拥有 2 条 90t/a 碳纤 维生产线。主要经营碳纤维生产流水线设备、 系列规格碳纤维、 预氧纤维、碳纤维复合材料制品。主要产品包括1K、3K、6K 、12K 至 320K 碳纤维丝、 预氧丝、 碳纤维布、 防火保温材料、 发热丝、电热丝等各种碳纤