中国碳纤维技术攻关如何把握方向
By www.carbonfiber.com.cn
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？
专题攻关各个击破
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。
国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长李克健表示：“碳纤维开发是个大工程，当前各自为政的体制不利于技术攻关和产业发展，需要相关部门出台政策，引导行业有序发展。”
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。
尽快掌握关键设备制造技术
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。
据吕春祥介绍，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。
形成3～5家优势企业
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。”李克健说。
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。
吕春祥也表示，技术水平太低的企业必然要遭到淘汰，技术水平相对较高的企业可以加大碳纤维在普通民用领域的应用开发，譬如次承力结构件、地暖等，要积极开拓市场，为大规模生产做准备。
来源：中国化工报作者：庞利萍
附：
李克健个人资料
姓名： 李克健
单位： 国家新材料产业发展战略咨询委员会
职务： 副秘书长
所在行业： 化工/石化/材料/新材料
擅长领域： 新材料研究
详细介绍： 1987年调国家自然科学基金委员会，曾任综合计划局副局长、工程与材料科学部常务副主任。现任国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长，国家开发银行新材料专家咨询委员会秘书长、《新材料产业》杂志知道委员会副主任。
高等教育经历
清华大学
工程化学系,1961 - 1965
职业经历
化工系老师 天津大学
(事业单位；大于10000；教育/培训)
1965年0月 - 1973年0月 (共8年)
副秘书长 国家新材料产业发展战略咨询委员会
吕春祥个人资料
姓名: 吕春祥
职称: 研究员
简历：
吕春祥，男，1966年5月出生，山西省代县人，汉族，1990年毕业于清华大学化工系，获工学学士学位，同年分配至中国科学院山西煤炭化学研究所工作至今。2007年毕业于中国科学院研究生院，获得工学博士学位。现任中国科学院山西煤炭化学研究所研究员、博士研究生导师、碳纤维制备技术国家工程实验室主任、中国科学院青联常委、中科院山西煤化所委委员，所学术委员会副主任、中科院山西煤化所扬州碳纤维工程技术中心主任、《新型炭材料》执行主编等职务。主要研究方向为碳纤维及其复合材料、炭质吸附材料和炭质功能材料。
近年来，作为聚丙烯腈碳纤维及其复合材料的项目负责人承担和完成了国家重点军工项目、国家863项目、中国科学院院地合作项目和中国科学院重要创新方向性项目等科研项目30余项，获得国家、中科院和地方支持的科研经费4.0亿元以上，在国内外核心期刊上共发表研究论文100余篇，申请国家发明专利40余项，已指导毕业和在培养的硕博士研究生共30名。
研究领域：
碳纤维及其复合材料
获奖及荣誉：
2005年获国务院政府特殊津贴，2008年获山西省五一劳动奖章，2009年获国家国防科工局“创新团队” （团队带头人），2009年获中国科学院杰出科技成就奖（集体）（团队带头人）。
代表论著：
1.聚丙烯腈基炭纤维中微孔的演变规律[J]. 李登华, 吕春祥, 吴刚平等. 新型炭材料, 2010,25（1）: 41-47
2.用weibull统计方法评价Ni—P镀层对碳纤维抗拉强度的影响[J]. 纪英露，吕春祥，周普查等. 新型炭材料，2008, 23（2）:159-164
3.Yu Yang, Chun-Xiang Lu, Xiao-Lei Su, Gang-Ping Wu, Xin-Kui Wang. Effect of nano-SiO2 modified emulsion sizing on the interfacial adhesionof carbon fibers reinforced composites. Materials Letters, Vol.61,17（2007）
4.Yu Yang, Chun-Xiang Lu, Xiao-Lei Su, Xin-Kui Wang. Effects of emulsion sizing with nano-SiO2 on interfacial properties of carbon fibers/epoxy composites, Journal of Materials Science. Vol.42,15（2007）
5.Jing-lun zhou,xiao-fang cheng,Xing-he fan,Chun-pen chai,Chun-xiang lu,QI-feng zhou. Synthesis and chiroptical properties of optically active poly（n-progargylamide） bearing photoisomerible azobenzene moieties.Journal of polymer science:Part A:Polymer chemistry,Vol.44,6047-6054（2006）
6.Jing-lun zhou,xiao-fang cheng,Xing-he fan,Chun-pen chai,Chun-xiang lu,QI-feng zhou. Synthesis and properties of azobenzene-containing poly（1-alkyne）s with different functional pendant groups.Journal of polymer science:Part A:Polymer chemistry,Vol.44,4532-4545（2006）
7.Investigation on the effects of fire retardants on the thermal decom of wood-derived rayon fiber in an inert atmosphere by thermogravimetry-mass spectrometry. Qingfeng Liu, Chunxiang Lv, Yonggang Yang, FU he, Licheng Ling. Thermochimica acta 419（2004） 205~209
8.The Effect of Moisture on the Stabilition of Polyacrylonitrile fibers. Gangping Wu, Chunxiang Lu, Rui Zhang, Xueping Wu, Fuzhong Ren, Kaixi Li, Fu He and Licheng Ling. Journal of Materials Science，2004，39（8），2959-2960
9.X-ray photoelectron spectroscopy investigation into thermal degradation and stabilition of polyacrylonitrile fibers. Gangping Wu, Chunxiang Lu, Xueping Wu et.al.. Journal of Applied Polymer Science，94（2004），1705-1709
10.An investingation of the preparation of coal tar- and petroleum-based pitch spheres and their oxidation stabilition. LU CX,LING LC,WU GP,et al. 新型炭材料,19（3）（2004）
11.Effect of hydrophobic group in polymer matrix on porosity of organic and carbon aerogels from sol-gel polymerition of phenolic resole and methylolated melamine. Rui Zhang, liwen,Gangping Wu, Kaixi Li, Yonggen Lü, Liang Zhan, Chunxiang Lu, Licheng Ling，，Microporous and Mesoporous Materials 62 （2003）, 17～27
12.聚丙烯腈原丝氧化工艺的研究[J]. 吕春祥,吴刚平,吕永根等.新型炭材料,2003,18（3）,186-190
承担科研项目情况：
1.国家重要项目：高性能碳纤维研究
2.国家发改委项目：碳纤维制备技术国家工程实验室建设项目
3.院地合作项目：千吨级碳纤维生产线产业化项目
4.国家重要项目：碳纤维防热材料研究
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？
专题攻关各个击破
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。
国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长李克健表示：“碳纤维开发是个大工程，当前各自为政的体制不利于技术攻关和产业发展，需要相关部门出台政策，引导行业有序发展。”
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。
尽快掌握关键设备制造技术
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。
据吕春祥介绍，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。
形成3～5家优势企业
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。”李克健说。
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。
吕春祥也表示，技术水平太低的企业必然要遭到淘汰，技术水平相对较高的企业可以加大碳纤维在普通民用领域的应用开发，譬如次承力结构件、地暖等，要积极开拓市场，为大规模生产做准备。
来源：中国化工报作者：庞利萍
附：
李克健个人资料
姓名： 李克健
单位： 国家新材料产业发展战略咨询委员会
职务： 副秘书长
所在行业： 化工/石化/材料/新材料
擅长领域： 新材料研究
详细介绍： 1987年调国家自然科学基金委员会，曾任综合计划局副局长、工程与材料科学部常务副主任。现任国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长，国家开发银行新材料专家咨询委员会秘书长、《新材料产业》杂志知道委员会副主任。
高等教育经历
清华大学
工程化学系,1961 - 1965
职业经历
化工系老师 天津大学
(事业单位；大于10000；教育/培训)
1965年0月 - 1973年0月 (共8年)
副秘书长 国家新材料产业发展战略咨询委员会
吕春祥个人资料
姓名: 吕春祥
职称: 研究员
简历：
吕春祥，男，1966年5月出生，山西省代县人，汉族，1990年毕业于清华大学化工系，获工学学士学位，同年分配至中国科学院山西煤炭化学研究所工作至今。2007年毕业于中国科学院研究生院，获得工学博士学位。现任中国科学院山西煤炭化学研究所研究员、博士研究生导师、碳纤维制备技术国家工程实验室主任、中国科学院青联常委、中科院山西煤化所委委员，所学术委员会副主任、中科院山西煤化所扬州碳纤维工程技术中心主任、《新型炭材料》执行主编等职务。主要研究方向为碳纤维及其复合材料、炭质吸附材料和炭质功能材料。
近年来，作为聚丙烯腈碳纤维及其复合材料的项目负责人承担和完成了国家重点军工项目、国家863项目、中国科学院院地合作项目和中国科学院重要创新方向性项目等科研项目30余项，获得国家、中科院和地方支持的科研经费4.0亿元以上，在国内外核心期刊上共发表研究论文100余篇，申请国家发明专利40余项，已指导毕业和在培养的硕博士研究生共30名。
研究领域：
碳纤维及其复合材料
获奖及荣誉：
2005年获国务院政府特殊津贴，2008年获山西省五一劳动奖章，2009年获国家国防科工局“创新团队” （团队带头人），2009年获中国科学院杰出科技成就奖（集体）（团队带头人）。
代表论著：
1.聚丙烯腈基炭纤维中微孔的演变规律[J]. 李登华, 吕春祥, 吴刚平等. 新型炭材料, 2010,25（1）: 41-47
2.用weibull统计方法评价Ni—P镀层对碳纤维抗拉强度的影响[J]. 纪英露，吕春祥，周普查等. 新型炭材料，2008, 23（2）:159-164
3.Yu Yang, Chun-Xiang Lu, Xiao-Lei Su, Gang-Ping Wu, Xin-Kui Wang. Effect of nano-SiO2 modified emulsion sizing on the interfacial adhesionof carbon fibers reinforced composites. Materials Letters, Vol.61,17（2007）
4.Yu Yang, Chun-Xiang Lu, Xiao-Lei Su, Xin-Kui Wang. Effects of emulsion sizing with nano-SiO2 on interfacial properties of carbon fibers/epoxy composites, Journal of Materials Science. Vol.42,15（2007）
5.Jing-lun zhou,xiao-fang cheng,Xing-he fan,Chun-pen chai,Chun-xiang lu,QI-feng zhou. Synthesis and chiroptical properties of optically active poly（n-progargylamide） bearing photoisomerible azobenzene moieties.Journal of polymer science:Part A:Polymer chemistry,Vol.44,6047-6054（2006）
6.Jing-lun zhou,xiao-fang cheng,Xing-he fan,Chun-pen chai,Chun-xiang lu,QI-feng zhou. Synthesis and properties of azobenzene-containing poly（1-alkyne）s with different functional pendant groups.Journal of polymer science:Part A:Polymer chemistry,Vol.44,4532-4545（2006）
7.Investigation on the effects of fire retardants on the thermal decom of wood-derived rayon fiber in an inert atmosphere by thermogravimetry-mass spectrometry. Qingfeng Liu, Chunxiang Lv, Yonggang Yang, FU he, Licheng Ling. Thermochimica acta 419（2004） 205~209
8.The Effect of Moisture on the Stabilition of Polyacrylonitrile fibers. Gangping Wu, Chunxiang Lu, Rui Zhang, Xueping Wu, Fuzhong Ren, Kaixi Li, Fu He and Licheng Ling. Journal of Materials Science，2004，39（8），2959-2960
9.X-ray photoelectron spectroscopy investigation into thermal degradation and stabilition of polyacrylonitrile fibers. Gangping Wu, Chunxiang Lu, Xueping Wu et.al.. Journal of Applied Polymer Science，94（2004），1705-1709
10.An investingation of the preparation of coal tar- and petroleum-based pitch spheres and their oxidation stabilition. LU CX,LING LC,WU GP,et al. 新型炭材料,19（3）（2004）
11.Effect of hydrophobic group in polymer matrix on porosity of organic and carbon aerogels from sol-gel polymerition of phenolic resole and methylolated melamine. Rui Zhang, liwen,Gangping Wu, Kaixi Li, Yonggen Lü, Liang Zhan, Chunxiang Lu, Licheng Ling，，Microporous and Mesoporous Materials 62 （2003）, 17～27
12.聚丙烯腈原丝氧化工艺的研究[J]. 吕春祥,吴刚平,吕永根等.新型炭材料,2003,18（3）,186-190
承担科研项目情况：
1.国家重要项目：高性能碳纤维研究
2.国家发改委项目：碳纤维制备技术国家工程实验室建设项目
3.院地合作项目：千吨级碳纤维生产线产业化项目
4.国家重要项目：碳纤维防热材料研究
