中国碳纤维原丝厂商的纺丝工艺路线并非单一路径,而是呈现湿法与干喷湿纺分层布局的格局;聚合环节则以一步法为主、两步法专攻大丝束。 从工艺分布看,海外龙头东丽采用一步法,陶氏、三菱丽阳采用两步法;国内小丝束厂商中简科技、光威复材、恒神股份、中复神鹰普遍采用一步法,大丝束原丝厂商吉林碳谷则采用两步法搭配湿法工艺。纺丝是原丝环节最大的壁垒,国内企业已在干喷湿纺上实现工程化突破,但核心设备国产化仍有空间,这构成中国在全球原丝格局中的真实位置。
聚合与纺丝:两条路线如何分工
原丝制备一般历经聚合、制胶、纺丝三步,行业关注重点在头尾两端。聚合环节分一步法与两步法:一步法为均相溶液聚合,流程短、工序少、转化率高,利于获得高质量PAN原丝,但纯度较两步法低;两步法工艺相对复杂,水相沉淀聚合可获得更高分子量PAN,原液适用范围广,更适合生产大丝束。
纺丝环节分湿法与干喷湿纺。湿法较为传统;干喷湿纺结合干法纺丝技艺,成型时多一道空气层,可阻止大孔洞产生,均匀性更好。选择何种喷丝方法,是原丝环节最大的壁垒所在。
| 环节 | 路线 | 主要采用方 |
|---|---|---|
| 聚合 | 一步法 | 东丽、中简科技、光威复材、恒神股份、中复神鹰 |
| 聚合 | 两步法 | 陶氏、三菱丽阳、吉林碳谷 |
| 纺丝 | 湿法 | 吉林碳谷 |
| 纺丝 | 干喷湿纺 | 中复神鹰;恒神股份、光威复材、中简科技为湿纺/干喷湿纺 |
国内厂商的技术推进轨迹
国内厂商的工艺演进,清晰体现为从小丝束向大丝束推进的过程。小丝束阵营多走一步法:中复神鹰率先突破千吨级干喷湿纺原丝制造技术并实现稳定运行;光威复材在干喷湿纺T700S级上小批量试生产;中简科技采用湿法纺丝技术研制成功T1000级碳纤维。
大丝束方向由吉林碳谷代表:以DMAC为溶剂的湿法两步法专有技术起步,先量产12K/S并达到T700水平,随后逐步实现24/25/48K大丝束技术路线。这说明中国厂商已能按丝束规格分层选择聚合与纺丝路线,而非停留在单一工艺上。
差距落在哪里:设备与工程化
原丝环节的国产化短板集中在设备。以吉林碳谷为例,聚合釜、收丝机、喷丝板、纺丝线四个核心设备中,仅纺丝线已率先国产化,其余仍以进口为主,聚合釜、收丝机、喷丝板均处于与国内厂家共同研发或试验、推进国产化的阶段。工艺路线可以分层布局,但核心装备的自主程度,才是衡量中国在原丝全球格局中位置的关键标尺。
常见问题
中国厂商在干喷湿纺上处于什么水平?
中复神鹰已率先突破千吨级碳纤维原丝干喷湿纺制造技术并实现稳定运行,恒神股份、光威复材、中简科技则在湿纺与干喷湿纺上均有布局。整体看,干喷湿纺在国内已完成工程化验证,具体性能水平需以各公司公开披露及第三方实测为准。
为什么国内小丝束厂商多用一步法?
一步法流程短、工序少、转化率高,利于提高原丝产品质量,适合以小丝束为主的国内厂商;两步法工艺更适合大丝束,因此大丝束原丝厂商吉林碳谷采用两步法。路线选择与产品定位直接相关。
原丝环节的国产化还差什么?
主要差在核心设备。以吉林碳谷为例,四个核心设备中仅纺丝线率先国产化,聚合釜、收丝机、喷丝板仍在推进国产化,因此原丝环节的国产替代仍有较大空间。