1月4日，新年開工天，上海石化48K大絲束碳纖維項目正式開建！在上海市重大項目集中開工儀式金山分會場，總投資達35億元的上海石化“2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年48K大絲束碳纖維”項目打下了樁基，標志著上海石化大絲束碳纖維從研發試產、產業化，成功走上規?；a之路。

 

　　上海石化大絲束碳纖維重要時間節點

 

　　上海石化48K大絲束碳纖維項目，采用自主開發的PAN(聚丙烯腈）基大絲束原絲、碳纖維技術，工藝路線為NaSCN（硫氰酸鈉）連續溶液聚合濕法紡絲原絲、氧化、低溫炭化、高溫炭化及后處理。項目至2024年建成投產后，將填補國內空白。

　　依托腈綸產業優勢，上海石化早在二十世紀八十年代就率先開展對碳纖維的調研和技術研究工作。

　　2000年后

　　上海石化決定對腈綸進行產業調整，生產方式與其類似的碳纖維就成為一個很好的發展方向。

　　2005年3月

　　上海石化腈綸研究所碳纖維技術開發室應運而生。

　　2007年

　　上海石化開始正式立項攻關PAN基碳纖維。

　　2008年11月

　　上海石化建成碳纖維中試裝置。這條年產200噸聚丙烯腈基原絲中試線，是國內當時唯一的一條百噸級原絲生產試驗線，它不僅規避了歐美等國的限制，也使得上海石化初步擁有了產業化生產經驗的技術路線。

　　2009年

　　上海石化成功研制出12K原絲，且原絲炭化后的力學性能已經達到日本東麗T300的水平。

　　2012年9月

　　通過采用自行開發的國內獨有NaSCN（硫氰酸鈉）濕法工藝和自主知識產權成套技術，上海石化年產3000噸原絲、1500噸碳纖維項目一階段工程建成，形成每年3000噸聚合物、1500噸原絲、500噸碳纖維的工業化年產能。

　　2015年10月

　　上海石化召開現場用戶推介會，把客戶邀請到生產線上，現場體驗生產來的碳纖維。這些可以與國際碳纖維質量媲美的碳纖維受到客戶的一致好評。

　　2016年5月

　　解決技術難關后的上海石化正式開展碳纖維48K大絲束原絲工業化研究試驗。

　　2018年1月

　　上海石化成功開發了大絲束碳纖維的聚合、紡絲、氧化碳化工藝技術，形成了千噸級聚丙烯腈基48K大絲束碳纖維成套技術工藝包的技術基礎。3月份，成功試制出了國內真正意義上的48K大絲束碳纖維，并貫通工藝全流程。

　　2020年3月

　　上海石化發布公告稱，隨著大絲束碳纖維應用的不斷深入，大絲束碳纖維產品開始出現供不應求的現象，為滿足國內市場對碳纖維復合材料需求，促進公司碳纖維產業的技術進步，公司擬投資建設2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年48K大絲束碳纖維項目。

 

　　為何要做大絲束碳纖維？

 

　　在碳纖維業內，通常將每束碳纖維根數大于48000根(簡稱48K)的稱為大絲束碳纖維。目前，國內每束碳纖維基本處于1000根(1K)～24000根(24K)之間，稱為小絲束。大絲束強度和剛度方面的性能不及小絲束，主要用于風電葉片、汽車等領域，被稱為“工業級”碳纖維；小絲束主要應用于航空航天等領域，被稱為“宇航級”碳纖維。

　　碳纖維復合材料成本高的主要因素包括碳纖維原材料的生產成本較高和復合材料制備成本高等方面。因此，降低碳纖維復合材料成本的主要路徑是降低碳纖維原材料成本，尋求低成本纖維生產工藝以及低成本的CFRP制備工藝。其中，碳纖維原材料生產包括原絲、預氧化、碳化、表面上漿和卷繞成本。目前有效的解決方案之一是發展大絲束碳纖維和新型碳纖維，日本三菱、東麗及美國的卓爾泰克公司(Zoltek)開發的大絲束碳纖維是低成本制造技術的典型代表。（2013年9月，美國Zoltek公司被日本東麗公司收購，Zoltek公司曾獲得北美創新產品技術獎的PAN EX35大絲束碳纖維就被東麗收入麾下。）

　　雖然大絲束碳纖維和小絲束碳纖維有很多共同的優點，但是相對于小絲束碳纖維，大絲束碳纖維有很多特點，主要包括：

　　1

　　制件生產效率高

　　相比小絲束，大絲束碳纖維大的優勢，就是在相同的生產條件下可大幅度提高碳纖維的單線產能，實現生產的低成本化。而且在復合材料制備過程中的鋪層效率也更高，生產成本卻能降低約30%以上，有助于打破碳纖維因價格較高帶來的應用局限，為碳纖維復合材料進一步拓展應用市場奠定基礎。

　　2

　　價格低

　　大絲束碳纖維的售價可以控制到小絲束碳纖維的50%~60%。市場上的一些大絲束碳纖維主要性能已經接近甚至超過了部分小絲束碳纖維。但國內企業大絲束成本跟東麗等海外龍頭相比存在較大差距，仍需在提高紡絲速度、設備國產化等方面重點攻關。

 

　　大絲束碳纖維國內布局

 

　　光威復材

　　投資20億元在包頭建萬噸級項目

　　2019年7月19日晚間，光威復材披露公告，公司與包頭九原區政府、九原工業園管委會簽署協議，將投資20億元在包頭建設“萬噸級碳纖維產業化項目”。項目產品級別根據高強型大絲束碳纖維 24K 及以上的絲束進行設計，同時根據市場需求進行分類， 通過強度、模量、密度等指標分為不同規格的產品進行出售。分三期建設，期投資5億元，建設2000噸/年碳纖維生產線一條，建設期為兩到三年。并根據一期建設、投產情況和產能消化，結合市場需求進行二、三期建設，終實現10000噸/年的碳纖維產能。

　　吉林國興

　　年產1.5萬噸碳纖維項目成功簽約

　　2020年8月3日下午，吉林經開區與吉林化纖集團副總經理孫小君代表政企雙方就年產1.5萬噸碳纖維項目進行簽約，該項目具體分為兩部分：吉林國興碳纖維有限公司投資近10億元，建設年產5000噸高性能碳纖維項目，預計2022年12月建成投產；同時，以吉林市國興新材料產業投資有限公司為主體建設年產10000噸差別化大絲束碳纖維項目，總投資15.5億元，預計2024年建成投產。

　　蘭州藍星纖維

　　千噸級NaSCN法50K大絲束碳纖維產業化關鍵技術及裝備研究項目通過鑒定

　　2020年7月22日上午，蘭州纖維以視頻會議的形式通過了 “千噸級NaSCN法50K大絲束碳纖維產業化關鍵技術及裝備研究” 項目的技術成果鑒定。該項目立足自主創新，已建成50K大絲束碳纖維的千噸級生產線，其中單線原絲產能達到4000噸、碳纖維達到1500噸，產品性能符合國標GQ3522水平，可以滿足碳纖維預浸料的制備要求，產品本征性能和應用工藝性也與進口同類產品不相上下，填補了國內50K碳纖維產品的市場空白。

　　吉林碳谷

　　二期年產5萬噸碳纖維原絲項目正式啟動

　　2020年9月9日，吉林碳谷第七條原絲生產線一次開車成功，產品質量達到T700級水平，主要生產大絲束碳纖維原絲，年可新增產能10000噸。吉林碳谷經過十余年的創新發展，致力于“大絲束、高品質、通用化”發展戰略，產品質量和規模在行業內具有明顯的競爭優勢。目前，吉林碳谷一期4萬噸原絲項目6條生產線正在高速運轉，7#、8#生產線正在抓緊調試，9#、10#生產線正在建設施工，該項目實現了從1K到50K原絲產品的優化布局，產品碳化后廣泛應用于風電葉片、壓力容器、汽車輕量化、體育休閑用品等領域，并成為風電巨頭丹麥維斯塔斯的穩定供應商。二期5萬噸碳纖維原絲項目投產后，吉林碳谷公司碳纖維原絲產能將達到10萬噸，進一步鞏固企業競爭優勢，促進吉林地區早日建成吉林碳纖維產業園。

 

　　大絲束碳纖維技術難點

大絲束碳纖維的制備技術難點主要包括幾下幾點：

　　1

　　每個生產環節的技術難度更大

　　相比小絲束，在原絲、聚合、預氧化、碳化等多個系統環節，大絲束碳纖維的制備技術都更難。比如，生產1k、3k的小絲束碳纖維的一個噴絲板上會有1000個、3000個孔，但生產是50K大絲束碳纖維的一個噴絲板上會有50000個孔，這本身就具有一定的挑戰性。

　　2

　　CV值的穩定性

　　生產50k大絲束碳纖維，就要求一個噴絲板上的50000個孔里噴出來的每根絲的均勻度都一樣，相比小絲束碳纖維難度基數大了好幾倍。

　　3

　　毛絲問題

　　毛絲問題通常伴隨著紡絲過程一直存在，企業要做的是將毛絲的占比控制在合理范圍內。但是同樣比例的毛絲占比，換到大絲束碳纖維就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。

　　4

　　碳化環節

　　大絲束碳纖維原絲生產出來后，在碳化環節還將面臨不少新挑戰。比如，毛絲的問題在原絲上體現得可能并不明顯，但在碳化環節有可能會凸顯出來，因為在碳化環節會發生劇烈的化學反應，有可能會導致纖維分子結構中的某些鍵斷裂等現象發生。

　　來源：新材料在線、 Carbontech、 嚴說一點、上海石化在線等，由化工信息周刊整理編輯