国内外碳纤维生产企业原丝生产制备路线 聚合工艺路线介绍 纤维成形工艺介绍
聚合工艺路线
丙烯腈的聚合工艺路线可分为两大类型，即间歇聚合和连续聚合，各有利弊。国内外有关单位(公司)有的采用连续聚合路线，有的采用间歇聚合路线。对于工业生产来说，采用间歇聚合和连续纺丝工艺都取得了较好的效果。
图表1 间歇聚合和连续聚合工艺优缺点
纤维成形方法
纤维成形的方法有多种，其中熔融纺丝和溶液纺丝是最常用、最基本的方法。溶液纺丝又可分为干式溶液纺丝、湿式溶液纺丝和干喷湿法纺丝。目前，比较常用的成形方法是湿法纺丝、干湿法纺丝。
图表2 湿法、干喷湿纺工艺示意图
湿式溶液纺丝简称湿法纺丝。在湿法纺丝过程中，将聚合物溶于溶剂中得到纺丝液，然后使纺丝液通过喷丝孔直接进入由溶剂和非溶剂组成的凝固浴中。在凝固浴中，溶剂从纺丝液细流内部向凝固液中扩散，同时非溶剂从凝固液中向纺丝液中扩散，双扩散过程使纺丝液细流固化，形成初生纤维，如图表2左侧。湿法纺丝工艺生产稳定性好，但不能纺制高浓度或高粘度的纺丝液；另外，随着纺丝速度的增加，纺丝牵伸倍数的提高，在喷丝口处易产生断丝，限制了湿法纺丝速度的提高。
干喷湿纺是一种干法纺丝和湿法纺丝相结合的方法,又称为干喷湿纺法。纺丝液从喷丝孔喷出形成细流后，先经过一段空气层（1-20厘米），再进入凝固浴。在凝固浴中完成固化，从而得到初生纤维，如图表2右侧。纺丝液细流经过空气层时发生的物理变化有利于形成细旦化、致密化和均质化的纤维，纺制的纤维体密度较高，表面平滑无沟槽，且可实现高速纺丝，用于生产高性能的纤维。由于其同时具有干法和湿法的优点，近年来受到特别关注，已经获得工业化应用。
从目前碳纤维原丝生产路线看，日本东丽为DMSO一步法（间歇与连续聚合工艺）、东邦公司氯化锌一步法、台湾塑胶DMF一步法、美国卓尔泰克硫氰酸钠一步法、土耳其阿克萨DMAC两步法，主要产能还是前四种。
溶剂回收技术方面，氯化锌、硫氰酸钠都采用五效分离技术，大量节约能耗，DMF、DMAC采用三效或四效分离技术，而DMSO通用为两效分离技术。其中DMAC路线有的公司直接合成技术直接把分离时的副产物又合成DMAC，降低DMAC消耗。
原丝生产时对溶剂的净化要求非常严格，一步法对溶剂净化比两步法更高，硫氰酸钠和氯化锌工艺路线对纺丝丝束洗涤非常严格，必须将溶剂含量降低到原丝要求的指标，否则对碳化产品有影响，这点比能与有机溶剂DMSO、DMF和DMAC有缺陷，而DMF对操作人员有害，结合这些点，DMAC目前讲有明显的优势。
关注阿克萨碳纤维进展，采用DMAC原丝生产技术，迅速提高其原丝生产技术和产能，可能是我国迅速提升碳纤维产量的有效途径，来满足国内的需求，进而替代进口的日本、美国和台湾产品。
国内碳纤维生产企业原丝生产制备路线如下：
1、DMSO工艺路线
间歇聚合工艺企业：威海拓展、山西钢科、吉林石化碳纤维、西安康本、河南永煤碳纤维、浙江泰先、航科复材、中简科技、沈阳中恒、安徽首文碳纤维
连续聚合工艺企业：中复神鹰、丹阳恒神、山西恒天新材料
干喷湿法纺丝：中复神鹰、丹阳恒神、威海拓展、中简科技、河北硅谷化工
湿法纺丝：威海拓展、山西钢科、河南永煤碳纤维、丹阳恒神、中简科技、浙江泰先、航科复材、西安康本
2、DMAC工艺原丝路线，连续聚合，两步湿法；2007年吉林化纤与长春工业大学合作开发，企业有吉林碳谷碳纤维。
3、硫氰酸钠原丝路线，连续聚合，一步湿法；1975年开始在兰州化纤厂、上海腈纶厂进行原丝生产，2011年上海石化与复旦大学共同开发扩建3000吨原丝装置。
4、硝酸一步法，1975年吉林试剂厂建设，1998年停产。
5、台塑碳纤维原丝工艺为DMF一步湿法。
