我国PAN基碳纤维到底什么水平？

1、问:请简述一下我国PAN基碳纤维现状?

答:可以说,从一定程度上,国内PAN基碳纤维已经初步解决了从无到有问题,正走在从有到优的路上。就性能而言,国内已经可以提供T300级通用碳纤维,T800级、T1000级高强中模碳纤维,M55J、M60J级高模量碳纤维等不同性能等级碳纤维;从工艺路线来讲,已经形成了湿法、干喷湿纺两大技术路线。

2、问:我国PAN基碳纤维总体技术水平如何?

答:T300通用级碳纤维形成千吨级产业规模,技术日益趋于稳定;T700、T800、T1000级百吨级工程化技术已实现,但产品稳定性有待提升;M55J级高模量碳纤维已经突破吨级规模中试技术,而M60J级高模量碳纤维也实现了小批量试制,高模量碳纤维总体而言工程化技术水平还十分有限。

3、问:我国PAN基碳纤维还会不会卡脖子?

答:当然。虽然近十几年来我国PAN基碳纤维发展迅速,但是仍然未能改变“卡脖子”现状,为什么这么说,主要是因为我国工业水平发展迅速。

尤其是航空、航天等高技术领域高速发展对高端碳纤维需求迫切,而虽然目前国内可以生产各种类型碳纤维,但总体而言T800、T1000级高强中模碳纤维,M55J、M60J级高模量碳纤维等高端碳纤维尚未实现大规模化稳定量产,因此“卡脖子”现状依然未改变。

4、问:国内PAN基碳纤维究竟卡在哪里?

答:主要卡在了两点,首先而且也是最主要的,还是核心技术问题,国内虽然突破了不同性能碳纤维技术,有些牌号如T300已经具备千吨级水平,但是总体纤维稳定性较差,导致达产率不足,而且国内存在一个很明显现象,就是有产能、无产量。而其关键就在于核心技术不过关,碳纤维生产链条长、工序多,有数千个工艺控制点,如果某一点控制不好,就生产不出来合格的产品,目前国内T800无法实现大规模稳产就是因为技术难度大,若干关键产业化技术仍有待攻克。

除了核心技术,另外一个关键因素是核心装备,对于通用级碳纤维而言装备重要性可能体现不出来,但是对于高端碳纤维产品,比如高模量碳纤维,生产M55J级、M60J级高模量碳纤维核心装备是高温石墨化炉,业内人士都知道石墨化温度越高,制备得到碳纤维模量也越高,但是温度越高也会导致石墨化炉寿命越短。国内部分企业往往为了突破性能,简单通过提高石墨化温度来获得高模量,结果石墨化炉运行不到半月就报废,虽然能够拿出一两卷样品,但根本就不可能进行连续稳产。因此高端碳纤维连续稳产受制于核心装备技术。

经过几十年发展,国内碳纤维领域装备技术也得到快速发展,不少国内企业也可以设计开发完整的碳纤维装备,但是总体而言,与国外先进设备还存在不少差距。

5、问:如何评价国产碳纤维与国内复合材料产业关系?

答:毫不避讳的讲,国内碳纤维复合材料技术基本上是建立在国外碳纤维材料基础上的,也就是说国内最初做碳纤维复合材料都是以国外碳纤维尤其是日本东丽碳纤维为原料发展起来的,光威为什么发展碳纤维,就是因为发现自己钓鱼竿利润很大程度上被东丽碳纤维瓜分,所以痛定思痛成立了威海拓展,自己做碳纤维。

业内人士都知道,做复合材料,碳纤维与基体匹配性最重要,碳纤维与树脂基体结合不好,很容易界面脱粘,碳纤维起不到增强作用。但是碳纤维与基体匹配性有一定局限性,任何一种碳纤维不能做到适用于所有树脂,为此东丽公司开发了不同类型碳纤维上浆剂来解决界面问题。

国内复合材料建立在国外碳纤维尤其是东丽碳纤维基础上有什么不利因素呢?举个例子,日本东丽不会为了国内某家复合材料企业而去生产特定类型碳纤维,因此国内复合材料只能自己或更改树脂配方、或调整复合材料工艺来配合东丽碳纤维。虽然目前国内T300、T700已经可以国产化,但是很多复合材料公司不会用国产碳纤维,因为在他们看来国产碳纤维“不好使”,其实主要是因为他们复合材料技术是在东丽碳纤维发展起来的,使用东丽碳纤维时已解决了匹配性问题,对于国产碳纤维则没有前期基础,。尤其需要指出的是,目前国内工业用碳纤维复合材料仍然大部分采用日本东丽T700碳纤维为原料。

对于高端技术领域这种做法则不可取,因为一旦高端碳纤维原材料被卡,国外碳纤维得不到,不得不使用国产碳纤维时,就要重新开始系列适配性实验,势必会大幅增加验证周期,会直接影响高端领域技术发展,所以也呼吁国内对高端碳纤维有需求的高端技术企业,能够及时以国产高端碳纤维为原料开展材料验证,。

虽然目前国产高端碳纤维存在一定问题,但总体而言,国产碳纤维技术还是朝着积极方面快速发展,如果与后道复合材料企业加强交流,势必会进一步加速提升国产碳纤维复合材料整体技术水平。

6、问:怎么看待近期美、日制裁俄罗斯,对其禁运T800碳纤维?

答:俄罗斯过度依赖国外碳纤维产品,因此受到美国和日本关键材料制裁,势必会对其工业产生一定不利影响。目前俄罗斯国内碳纤维整体技术水平大概T300级,此次禁运的T800级碳纤维与T300级碳纤维差别较大,T300级碳纤维拉伸强度仅仅3.53GPa,而T800级碳纤维拉伸强度则高达5.49GPa,性能决定其应用,目前T800级碳纤维在航空领域已经可用作主承力结构件,而T300仅仅是次承力结构件。

与俄罗斯相比,我国之所以不会完全陷入这样尴尬,主要是目前除了T300级碳纤维,还可以达到T700级水平,而且国内部分企业生产T700不同于东丽T700,虽然两种纤维性能接近,但是国内碳纤维是基于湿法纺丝技术,因此不但可以用于一般工业,而且国产T700拉伸强度可以达到5.0GPa以上,可用于高端技术领域,虽然国内T800级碳纤维规模稳定化存在一定问题,但可暂时采用国产T700替代。

但是上述方案只是权宜之计,目前日本已经研发出拉伸强度达到7.0GPa的T1100级碳纤维,国内在航空用碳纤维领域,必须加速T800、T1000级碳纤维产业化技术,并在适当时机布局T1100工程化技术,不然在航空用碳纤维领域会与国外的差距进一步拉大;而对于航天用高模量碳纤维,随着近几年来国家航天技术高速发展,进一步提升M55J、M60J级高模量碳纤维工程化技术水平也十分迫切。

7、问:国内碳纤维产业出路在哪里?

答:只有一条路,加强自主创新,不断提升技术水平。