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两步法突围，千吨级高强碳纤维产线稳步运行，实现产品迭代升级
2026年9月23日，由山东国泰大成科技有限公司、东华大学、常州纺兴精密机械有限公司共同承担的“水相悬浮聚合/DMSO干喷湿纺两步法制备高强碳纤维产业化关键技术及应用”项目顺利通过科技成果鉴定，整体技术达到国际先进水平。项目研究成果简要介绍如下：
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项目研究背景
当前全球碳纤维市场呈现需求持续扩张、产能稳步增长的发展格局，中国市场的国产化率已实现显著提升。全球高性能碳纤维领域具有典型的寡头垄断市场特征：以日本东丽为代表的国外企业，不仅掌握了从高模量原丝制备至碳化工艺的全链条核心技术，还构建了严密的专利保护网络与技术标准体系，形成了极高的高端碳纤维市场产业壁垒。近年来，在国家一系列重大科技专项与产业政策的支持下，我国碳纤维技术研发与产业化进程显著加快。尽管行业整体进步明显，但目前我国高端碳纤维生产仍以溶液一步法聚合工艺为主，生产路径较为单一，在生产成本管控、产品质量稳定性等方面仍存在较大改进空间。在此产业与技术背景下，开展“水相悬浮聚合/DMSO干喷湿纺两步法”关键技术研究与产业化突破，旨在通过开发高质量聚丙烯腈粉末制备技术、优化原液配制工艺、开展过程仿真模拟、推进关键组件国产化等工作，进一步完善我国高端碳纤维自主技术体系，对推动国内碳纤维产业向高端化、规模化、自主化升级具有重要意义。
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项目主要创新点
项目采用水相悬浮聚合/DMSO干喷湿纺两步法工艺制备高强碳纤维，实现了千吨级高强碳纤维产业化，主要创新点如下：
创新点一：发明了连续水相悬浮聚合及粉料闪蒸干燥工艺技术，解决了聚合物增比粘度批次波动大、金属离子杂质高、粒径均匀度低等技术难题，实现了高纯度、高产量聚合物粉料的连续稳定制备；创新点二：攻克了聚合物在DMSO/脱盐水溶剂体系中溶胀溶解及高粘均质原液制备关键技术，解决了微凝胶导致的原丝断丝、毛丝的问题，实现了高性能、低缺陷原丝的制备；创新点三：开发了干喷湿纺多级梯度牵伸和预氧化牵伸调控关键技术，解决了粗直径单丝工艺控制的难题，实现了高强碳纤维的高效制备；创新点四：建立了干喷湿纺动力学仿真模型，表征了喷丝及凝固浴成型过程中协同耦合关系，实现了专用喷丝板及组件国产化制备与应用。
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项目应用情况
目前，项目已建成千吨级水相悬浮聚合/DMSO干喷湿纺两步法高强碳纤维产业化示范线。生产的GT60H碳纤维直径5.8±0.2 μm，拉伸强度＞6370 MPa，弹性模量＞294 GPa。产品已获高端体育、海洋装备等领域多家下游用户批量生产验证，不仅性能达标，更在成本控制和产品品质提升方面具备良好的市场竞争力。技术成果具备极为广阔推广应用前景和显著经济与社会效益空间。项目具有自主知识产权，已获授权发明专利5件。
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项目成果完成单位
山东国泰大成科技有限公司是山东发展投资控股集团有限公司直属企业，其投资建设的国泰大成新材料科技产业园碳纤维项目在2021年被列为山东省重大项目。作为牵头单位，联合东华大学、常州纺兴精密机械有限公司组建了产学研用创新联合体，聚焦聚合物、原丝与碳纤维制备及工艺优化，水相悬浮聚合干燥装备国产化，喷丝板及其组件验证等方面，实现粗直径高强碳纤维产品的研发与产业化开发，并完成下游市场应用推广。
东华大学依托先进纤维材料全国重点实验室，负责开展纺丝与碳化工艺方向的基础理论研究，具体研究内容包括聚合物、原丝与碳纤维微观结构表征，纺丝原液分子动力学模拟，喷丝板及其组件的设计与仿真模拟等。
常州纺兴精密机械有限公司深耕喷丝板制造50余年，为国家级专精特新“小巨人”企业、制造业单项冠军企业，主要负责核心加工刀具开发、喷丝板导孔加工工艺优化、微孔与喷丝面镜面加工技术突破等工作，实现高性能国产喷丝板及组件的加工制造。
