原糸質向上による炭素繊維発展の難題の解決

吉林炭谷炭素繊維有限公司の王継軍高級エンジニアによると、現在、国際的にPAN基炭素繊維の総生産能力は70000トン/年以上に達し、生産国は主に日本、米国、ロシアなどであり、日本は世界総生産能力の90%以上を占め、日本の10大支柱的経済産業の1つとなっている。

我が国PAN炭素系繊維の研究開発、生産、規模はまだ低いレベルにあり、国内市場で必要な製品は主に輸入に依存している。しかし、高性能PAN基炭素繊維の先端兵器開発における重要な役割のため、米、日などの国は関連技術と製品の我が国への輸出を厳格に封鎖し、低コスト、大規模なPAN基炭素繊維原糸生産技術を開発し、我が国の炭素繊維炭素繊維事業の発展の鍵を握っている。

2011年9月吉林化繊グループ吉林炭谷炭素繊維有限公司は国内最大の5000トン/年PAN基炭素繊維原糸生産ラインを建設し、生産達成に成功した。会社は中鋼江城炭素繊維、吉研高科と協力して炭素繊維原糸、炭素繊維、炭素繊維製品などの完全な研究開発、生産、販売、品質フィードバックを含む産業チェーンを形成した。原糸品質の向上は炭素糸及び製品品質の向上に信頼できる原料基礎を提供した、炭化、製品の応用も原糸の品質向上に保証を提供した。

全体的な考え方について、長春工業大学化学繊維工学研究センター主任の敖玉輝教授は、このプロジェクトは吉林化学繊維ニトリルの生産技術の優位性に基づいてPAN基炭素繊維原糸を生産するもので、プロジェクトの開発は主にPANポリマー生産技術、紡糸原液製造技術、紡糸技術、炭化技術及び製品開発。」

では、どのような自主開発の内容が原糸品質のボトルネックを突破する革新的な点になっているのでしょうか。敖玉輝はこのプロジェクトの革新点を詳しく紹介した。第一に、無機酸化還元三元水相懸濁重合法によるPAN系炭素繊維原糸用重合体の製造のための新技術を自主的に研究・開発した。この技術は重合反応速度が速く、しかも水相中で行い、溶液重合後期系の粘度増大による熱交換、脱単困難などの難題を克服し、大規模、低コスト、工業化生産が容易である。現在建設された生産ラインの単一重合釜重合能力は12000トン/年であり、この技術の単釜重合能力は20000トン/年に拡大でき、体積は40 m 3に達し、溶液重合単釜生産能力よりはるかに大きい。

第二に、自主的にいかなる金属イオンも含まない重合開始系を開発し、炭素繊維原糸中の金属イオンの含有量を10 ppm未満にするために、我々はいかなる金属イオンも含まない無機酸化還元開始系を開発し、ポリマー純度を大幅に高めた。

第三に、湿式二段階法によるPAN基炭素繊維原糸の生産の新技術を自主的に研究し、ジメチルアセトアミド（DMAC）を溶媒とし、湿式二段階法によるPAN基炭素繊維原糸の生産工業化生産技術を開発した。DMACは安価で回収が簡単です。この技術は生産規模が大きく、単線生産能力が高く、PAN基炭素繊維原糸の生産コストをさらに低減した。

第四に、PAN基炭素繊維炭化工業技術を開発し、原糸炭化は設備主導型技術であり、開発した炭素繊維次元生産ラインであり、酸化炉は垂直送風方式を採用し、酸化効率が高い。高低温炭化炉は黒鉛炭化炉であり、加熱素子の周囲にケージ式に配置され、炉温の均一性を高めた。駆動システムは無押出多ロール駆動であり、製品の機械的損傷を低減した。

技術の産業化成果の応用において、上下流の産業チェーンの密接な協力のため、プロジェクトチームはすでにPAN基炭素繊維原糸シリーズ製品とPAN基炭素繊維シリーズ製品を開発した。「我々はすでに5種類のモデル15種類の炭素繊維自転車を市場に発売し、ユーザーから好評を得ている」。