千吨级碳纤维生产线的投资在4亿元左右,如果技术始终不能过关,国内很多碳纤维项目投资有可能会打水漂,因此当务之急是提高碳纤维技术水平。近年来在碳纤维产业风行的“挖”人战术和技术引进已被证明是行不通的,“挖”人战术带来的是装置低水平重复建设,而引进技术由于缺乏配套也难以在国内开花结果。那么,中国碳纤维技术攻关到底应该如何把握方向?
我国一直非常重视碳纤维技术的开发,目前有多个部门分管相关工作,但部门多就难免出现“多龙治水”的局面。从企业层面来看,当前国内企业研发大多各自为战、相互封锁,投在该领域的人力、物力并不少,但资源没有得到有序、合理的配置,缺少一种鼓励技术研发的机制。。”
中科院山西煤化所碳纤维制备技术国家工程实验室主任吕春祥建议,应以需求为牵引,按照科研——产业化示范——产业化的规律规范碳纤维的研究和发展。不能单纯为了谋政绩、抢资源,在技术不成熟的时候就盲目上马。应该按照技术、产业发展规律科学布局,对单元核心工艺、关键设备和配套材料等瓶颈技术开展专题攻关,各个击破。同时注重碳纤维人才队伍建设,建立高素质的专家系统和高效的咨询机制,深人研究碳纤维发展的技术脉络,把握正确的技术方向,有效牵引、推动技术研究和产业工作。
吕春祥从技术层面深入分析了影响碳纤维国产化进程的关键节点。他指出,碳纤维制备过程分为纯化聚合、纺丝、氧化炭化、石墨化和表面处理等多道工艺,涉及到有机化学、纺织工学、化工机械、高分子化学和流体力学等多个学科,是一项工艺复杂、多学科交叉的高新技术产业。无论是工艺技术还是设备开发以及配套材料,只要有一项跟不上研制和产业化进程,就会最终影响到碳纤维产业。
目前相对落后的关键单元技术有大容量聚合、快速纺丝、均质氧化、快速氧化炭化等,其工程问题没有彻底解决,导致产品性能不稳,生产成本高。以大容量间歇聚合工艺为例,目前我国容积最大的聚合釜约6~10立方米 ,部分生产单位为安全起见,采用多个2~3立方米小反应釜并联,而国际上先进的聚合釜容量现在已达到20~45立方米。聚合釜容积小,单釜聚合量就少,生产成本就高,而生产批次太多也会影响碳纤维整体性能的稳定性。
在生产设备方面,一些关键设备产业化设计制造技术国内尚未取得突破,譬如,氧化炉、多工位蒸汽牵伸机、宽口高温炭化炉和高温石墨化炉等。吕春祥提醒,一旦这些设备在国际上禁运,对我国碳纤维产业的损害将无法估计,因此必须尽快掌握这些关键设备的制造技术。
此外,碳纤维用油剂和上浆剂等关键原料在我国还处于实验室开发阶段,尚需依赖进口;与碳纤维产业化过程配套的废水、废气处理技术也不够完善。
李克健表示,从发展前景看,规模化生产是降低成本、参与市场竞争的重要前提。目前碳纤维项目遍布东、中、西部20多个省(市),利益主体不同,规模大小不一,技术水平参差不齐,有些远离主要原料产地,难以做大做强,碳纤维行业必将面临重新整合。
他认为,通过优胜劣汰,在竞争中形成3~5家掌握全程生产技术的优势企业是比较合理的。“碳纤维产业出现的局面不是碳纤维特有的,不少高新技术产业都有类似情况。有人说这是市场经济的固有特点,通过竞争使产业发展从无序到有序,是正常现象,似乎也有道理。”
从国外碳纤维产业发展历程看,比较成功的碳纤维企业都是从PAN原丝开始,到碳纤维生产,甚至到复合材料制品,形成一条龙产业。单一生产原丝,或依靠从市场购买原丝生产碳纤维的企业发展比较困难,大都已关停。这应引起我国相关企业注意。