一步法湿法纺丝与两步法工艺的分野,本质上是碳纤维原丝环节聚合路线与丝束定位的匹配结果:一步法主要厂商包括东丽、中简科技、光威复材、恒神股份、中复神鹰,两步法主要厂商为陶氏、三菱丽阳,两步法在工艺上更适合大丝束,以小丝束为主的国内厂商普遍采用的是一步法。 因此,中国原丝技术并非单点追赶,而是在聚合路线、溶剂体系与纺丝工艺上形成了与国际龙头差异化分布的分工位置。
一步法与两步法:路线差异在哪里
原丝制成一般历经聚合、制胶、纺丝三步,其中聚合环节分为一步法与两步法。一步法为均相溶液聚合工艺,流程较短、工序较少,溶剂介质既能溶解单体又能溶解聚合体,聚合纺丝一条线;其转化率较高、单体回收量小,有利于提高原丝产品质量,但纯度较两步法低,聚合反应后期粘度增大还会导致换热脱单困难。
两步法工艺相对复杂,先经水相沉淀聚合得到PAN固体粉末,再粉碎、烘干后溶解产生原液,可获得溶液聚合不能得到的高分子量PAN,原液聚合物分子量和浓度上限更高,聚合釜生产能力较大、聚合热移除效率较高,适合生产大丝束,腈纶厂生产常用此法;代价是聚合转化率较低、聚合物浓度较低、未聚合体回收量较大。
| 对比维度 | 一步法 | 两步法 |
|---|---|---|
| 工艺特点 | 均相溶液聚合,流程短、工序少、可控性好 | 水相沉淀聚合后溶解,工艺相对复杂 |
| 主要厂商 | 东丽、中简科技、光威复材、恒神股份、中复神鹰 | 陶氏、三菱丽阳 |
| 与丝束的关系 | 国内以小丝束为主的厂商普遍采用 | 工艺上更适合大丝束 |
纺丝环节:湿法与干喷湿纺的选择
原丝制备的最后一环是纺丝,分为湿法与干喷湿纺。湿法较为传统;干喷湿纺结合了干法纺丝技艺,成型上相比传统湿法多了个空气层,可阻止大孔洞产生,均匀性也更好。选择何种喷射方法,是原丝环节最大的壁垒。国内厂商在这一环节并非单一路线:中复神鹰采用干喷湿纺,恒神股份、光威复材、中简科技则湿纺与干喷湿纺兼有,吉林碳谷为湿法工艺。
国内厂商的路线分布与全球分工位置
从工艺路线看,国内小丝束阵营多采用一步法配合DMSO溶剂,大丝束厂商吉林碳谷则采用两步法配合DMAC溶剂与湿法工艺,并逐步实现大丝束24/25/48K的技术路线。这一分布意味着中国原丝技术在军用小丝束与大丝束原丝两端各有落点,而非集中于单一工艺。
设备端则提示了另一重位置:以国内原丝龙头吉林碳谷为例,聚合釜、收丝机、喷丝板、纺丝线四个核心设备中,只有纺丝线已率先国产化,其余仍以进口为主,原丝环节国产化仍有较大空间。
常见问题
一步法一定比两步法更好吗?
不能简单比较优劣。一步法流程短、转化率高,但纯度较两步法低;两步法可获得更高分子量PAN、更适合大丝束,但转化率与聚合物浓度较低。选择取决于产品定位是小丝束还是大丝束。
国内碳纤维企业主要采用哪种聚合工艺?
以小丝束为主的中简科技、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采用两步法,其专有技术以DMAC为溶剂、走湿法两步法路线。
东丽在工艺路线上处于什么位置?
东丽与中简科技、光威复材、恒神股份、中复神鹰同属一步法主要厂商之列,国内厂商在聚合路线上与国际龙头形成的是差异化分布,而非同一路径上的简单跟随。