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碳纤维的技术之局
发布日期:2019-05-30  来源:严说一点  浏览次数:229
 
  近期行业期待已久的林总力作,年度全球碳纤复合材料市场报告出炉,赶紧一睹为快,在林总的报告中提出了碳纤维属于复杂技术的范畴。他认为复杂技术产业,是指在需求(应用)、技术、研制、表征、产品、项目管理、团队协作及工作环境等诸方面均困难与复杂的产业。对于复杂技术产业,技术创新、系统化技术、产业链协作等尤为重要。这个观点和笔者一直持有的观点有很大相通之处。
 
  碳纤维的产业化,涉及化工、高分子材料、机械、电子等多学科的领域。碳纤维有几大工艺路线,黏胶基、沥青基、聚丙烯腈基,其中90%以上为聚丙烯腈基。先以聚丙烯腈基碳纤维为例,其工艺分聚合、纺丝、预氧化、碳化四大步骤,数十个工艺单元,几千个参数,需要一一摸索,这就需要有板凳要坐十年冷的决心。
 
 

 
  碳纤维生产所以是一个复杂的系统工程,有的时候光闭门造车是不容易的,还需要其他部门的配合。碳纤维强国日本,碳纤维发展40年,也这有东丽、东邦(后并入帝人)、三菱等区区数家,而且虽然日本的小丝束碳纤维傲视天下,但大丝束一直不尽如意,后来买入美国的卓尔泰克。可见碳纤维的发展不像人们想象的那么容易。
 
  回到中国碳纤维的发展,很多介绍里讲到中国碳纤维的发展比起世界不算太晚,但长期一直没有突破式发展。甚至进入新世纪,作为关键战略材料还被人卡脖子,直到光威、中复神鹰等民企“打通关”,才初步解决卡脖子的问题。可谓起了个大早,赶了个晚集。其实这就是碳纤维的复杂程度决定了,当时国家的工艺基础还达不到。举个简单的例子,在碳纤维的几大聚合、纺丝、预氧化、碳化步骤中,都要需要对温度进行精确控制,但在前几十年中,这个控制就很难实现,而在经过这些年的发展,相应的传感器、电子控制系统,把温度控制在0.1度以内就不是问题了。相应的,以前加工精度受限,做出来的设备密封性就差,对于氧化炉和炭化炉等,如果密封不好,就有可能达不到所需要的技术要求。而且碳纤维包括原丝和碳丝的生产中对张力控制要求也较高,我们就没有响应更好的技术手段。其他的还有各种机理研究,包括配方、牵伸、预氧化、碳化等。
 
  进入2000年后多家国产碳纤维厂家取得突破,也基于我国改革开放的技术积累和整体的工业进步。当然,随着碳纤维受到重视,多家企业投入,一度达到30多家,但这些厂家中,大多数发展不好,就是因为小瞧了碳纤维生产的复杂程度,意味通过砸钱的方式可以突破,殊不知对于复杂技术,砸钱往往效果不理想。
 
  在几家发展比较好的碳纤维企业中,光威因为早期配合国家解决有和无的问题,收到重视,再加上其下游渔具应用的支撑,发展具有先机。中复神鹰因为有鹰游纺机的底子,很多设备可以开发。而吉林精功,有吉林化纤大腈纶的后盾,发展也很快。反观日本,三家碳纤维发展好的企业,都有化纤的影子。而一个完全从其他行业进入,可能会多花好几倍的成本投入,但效果不一定好。
 
  即使到今天,我国碳纤维的生产装备还没能完完全全说自己搞定,以炭化炉为例,还要靠进口,受中美贸易战的影响,多家预计上大项目的厂家,定好的炭化炉进不来,进度受影响。当然,目前国内的相关厂家在加快设备研发进度,可能未来2-3年会有进展。
 
  目前国内大部分企业采取是自己聚合纺丝、预氧化、碳化的打包式生产工艺,而从上面的工艺流程图可以看出,原丝和碳纤维的生产其实是相对独立的,而且两个生产公司相差较大。原丝生产更接近于化工、纺织工艺,可能会存在较大的环保、安全压力。当然在目前情况下,碳纤维所用的聚丙烯腈纤维和工业腈纶差异较大,所以碳纤维生产厂家把原丝生产技术掌握在自己手中。但对于工业级大丝束碳纤维所用的原丝,已经接近于工业腈纶。以SGL为例,原丝使用三菱的,碳丝生产放在电价便宜的摩西湖,实现全球的资源和产业优化配置,这一点值得大家思考,有可能是未来碳纤维发展的趋势。
 
  当然目前通用碳纤维是聚丙烯腈路线,未来会不会有新的技术路线出现,也未可知。碳纤维从原理上好像不是太复杂,卖炭翁的干活,但要出来能用、便宜的“碳纤维”,不是太容易。目前就纤维来说,好纺丝的不易碳化,好碳化的不易纺丝。未来会不会出现即好纺丝又好碳化的材料,或者目前好纺丝的材料经过处理后就实现好碳化?这还真不好说!而一旦出现,这就是颠覆性的技术!
 
  再回到起头,碳纤维是一个复杂技术系统,要想搞好,需要静静的安下心来,做周密的考虑,更要有板凳要坐十年冷的决心,才能搞好!而且重要的一点,真正核心的技术,是光用钱是买不来的!
 
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