高性能纖維低成本制造技術
以碳纖維為代表的高性能纖維的發(fā)展是一個國家綜合實力的體現，在“中國制造2025”所確定的十大領域里，七大領域跟高性能纖維密切相關。近日，由國際先進材料與制造工程學會（SAMPE）北京分會主辦的“高性能纖維低成本制造技術”主題沙龍在北京化工大學成功舉辦。本次活動旨在通過高性能纖維產業(yè)鏈上產、學、研、用各單位的溝通交流，分享高性能纖維低成本制造方面的經驗和見解，推動行業(yè)技術升級和創(chuàng)新發(fā)展。
本期沙龍重點圍繞碳纖維的“低成本、穩(wěn)定性制備”及“產業(yè)化應用”兩個關鍵詞進行了討論。北京化工大學碳纖維工程與技術研究室主任、SAMPE北京分會常務理事劉杰教授出席了本次活動，北京化工大學材料科學與工程學院王曉旭副教授、中科院寧波材料所陳友汜研究員、中復神鷹碳纖維有限公司楊瑞工程師、北汽集團新技術研究院輕量化技術部尚紅波高級工程師、精功科技有限公司衛(wèi)國軍副總經理做了專題分享，碳纖制造企業(yè)、研究院所及高性能纖維應用單位近30名代表參加了沙龍討論。
王曉旭副教授介紹了北京化工大學國家碳纖維工程技術中心在高性能低成本碳纖維制備的研究進展：1、從構建新技術理論體系的角度講解了通過輻照引發(fā)自由基聚合進行紡絲，跳過現有預氧化的工序采用微波快速碳化及等離子體表面處理完成高性能碳纖維快速、低成本制備的思路。2、通過對現有的大絲束碳纖維原絲輻照30秒的方法，達到放熱峰大幅提前且變平緩的目的，從而縮短預氧化的時間。3、通過靜電紡絲的方法得到納米級碳纖維原絲，減小單根纖維缺陷的概率，進一步提升碳纖維的強度。4、通過3D打印制造技術降低碳纖維加工制造成本。5、通過納米改性高性能纖維復合材料的方法提高碳纖維綜合強度、模量和抗疲勞性能。
陳友汜研究員從分子結構設計的角度講解了采用功能化引發(fā)劑調控端基結構改善自由基聚合競聚率不同導致的PAN熱性能差異：1、可提高PAN均聚物環(huán)化程度，使聚合產物的熱穩(wěn)定化性能趨于一致。2、采用適用的PAN分子量，有助于兼顧最終碳纖維性能和熱穩(wěn)定化行為一致性。3、經過端基改性的PAN在快速預氧化時有望獲得更加均勻的結構。
中復神鷹碳纖維有限公司楊瑞工程師介紹了中復神鷹公司目前碳纖維產能及產量情況：現擁有4條聚合線，6條原絲線及10條碳化線?，F原絲產能13000噸/年，碳纖維產能6000噸/年，現有開通的生產線年產量在3000噸左右。指出目前PAN基原絲成本占碳纖維成本的70％左右，通過降低原絲制造成本可有效控制碳纖維制造成本。并介紹神鷹公司目前采取的降本措施：1、通過生產大絲束碳纖維降低制造成本，神鷹公司今年已完成24K碳纖維試制工作。2、干噴濕紡原絲線速突破提升至400m/min，是濕紡的4倍以上（東麗的干噴濕紡線速達到了700m/min）。3、采用快速預氧化技術，將預氧化時間縮短至34min。
精功科技有限公司衛(wèi)國軍副總經理從碳纖維制造設備角度介紹了低成本化的進展：1、提高裝備制造的國產化率，降低固定資產投入。2、提高生產線走絲速度、延長單次生產運行周期。（設計生產線單次運行周期45天，走絲速度12-15m/min）3、提高采用增加羅拉寬度、預熱回收技術降低碳纖維生產單位能耗。
北汽集團新技術研究院輕量化技術部尚紅波高級工程師介紹了汽車輕量化的技術發(fā)展背景以及碳纖維增強復合材料在汽車行業(yè)的應用現狀。指出：1、高昂的價格制約了碳纖維在汽車行業(yè)的發(fā)展，亟需開發(fā)低成本的碳纖維增強復合材料生產技術。2、碳纖維復合材料需要開發(fā)快速成型的自動化制造技術以適應汽車行業(yè)的生產節(jié)拍。3、需要解決碳纖維增強復合材料的維修及回收問題。
專題分享結束后與會人員就非PAN基原絲的制備、瀝青基碳纖維的應用方向、碳纖維增強復合材料標準化產品制造等話題進行了熱烈的討論，劉杰教授在活動總結中指出：不同的產品有不同的性能要求及定位。碳纖維作為增強體材料應用在復合材料產品中要根據產品的行業(yè)特點和性能要求選用適合的材料，并通過優(yōu)化設計、自動化加工制造進一步降低復材產品的制造成本?，F代科學的發(fā)展很大程度上在于交叉學科的創(chuàng)新，過去四十年國內碳纖維行業(yè)一直處于跟蹤國際先進技術的地位，隨著科學技術的進步及創(chuàng)新，希望國內碳纖維行業(yè)有機會趕超國際先進水平。
討論環(huán)節(jié)結束后與會人員并參觀了北京化工大學國家碳纖維工程技術研究中心。通過本次沙龍的交流與分享了解到目前國內碳纖維制造技術從質量穩(wěn)定性、紡絲線速及產能產量等方面與國際先進水平仍存在一定差距。隨著國內對碳纖維基礎研究和應用認識的逐步加深，國內碳纖維制造企業(yè)、碳纖維裝備制造企業(yè)、研究單位已經意識到需要通過碳纖維低成本化提高碳纖維的產業(yè)化應用，并在碳纖維制備理論體系創(chuàng)新及生產制造方面有了一定的進展。碳纖維低成本是一個相對的概念，需要根據產品進行定位，結合結構設計、低成本制造技術將相應的材料應用在適合的產品上，達到適宜的性價比。