【正文】 對環(huán)境和職工健康的危害。我國碳纖維的需求趨勢與國際碳纖維的發(fā)展趨勢基本相同。此外，考慮到我國碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用還在不斷發(fā)展，許多用途還有待開發(fā)，如碳纖維復(fù)合材料飛機(jī)和新能源汽車、新型電纜、油田開采、土木工程、高速有軌交通和其他機(jī)械零部件的應(yīng)用以及電子設(shè)備套殼、集裝箱、醫(yī)療器械、深?？碧胶托履茉吹拈_發(fā)等方面都將是我國碳纖維復(fù)合材料未來的潛在消費(fèi)市場，對碳纖維復(fù)合材料的需求量將更大。 風(fēng)電葉片 用碳纖維 復(fù)合材料 的市場需求 葉片是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵部件之一，涉及氣動、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、工藝等領(lǐng)域。目前商業(yè)化風(fēng)力發(fā)電所用的電機(jī)容量一般為 ～ ，與之配套的復(fù)合材料葉片長度大約 32～ 40 米，重 6～ 8t。根據(jù)國外有關(guān)資料報道，當(dāng)風(fēng)力機(jī)超過 3MW、葉片長度超過 40 米時，在葉片制造時采用碳纖維復(fù)合材料已成為必須的選擇。 據(jù)統(tǒng)計， 2021～ 2021 年世界風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域共使用了約 萬噸碳纖維復(fù)合材料。 國家發(fā)改委制定的風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)是： 2021 年建成 500 萬千瓦的裝機(jī)容量， 2020 年建成 3000 萬千瓦的裝機(jī)容量。 隨著近年來我國對碳纖維及其復(fù)合材料的需求量日益增長，碳纖 維及其復(fù)合材料已被列為國家化纖行業(yè)重點扶持的新產(chǎn)品，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點。 中國石油吉林石化分公司是煉油、烯烴、合成樹脂、合成橡膠、合成氨、合成氣于一體的特大型綜合性石油化工生產(chǎn)企業(yè)，同時 也是國內(nèi)最早從事碳纖維研制和生產(chǎn)的單位之一，是國內(nèi)碳纖維領(lǐng)域最具優(yōu)勢的企業(yè)之一。由于與石油開采的密切關(guān)系，吉林石化主要的碳纖維復(fù)合材料市場定位為碳纖維復(fù)合材料抽油桿。該公司碳纖維生產(chǎn)能力較大，自給自足生產(chǎn)釣魚竿等體育休閑用品 中復(fù)神鷹碳纖維有限公司 目前擁有原絲生產(chǎn)能力 500 噸 /年，碳化生產(chǎn)能力 200 噸。該企業(yè)碳纖維復(fù)合材料市場定位基本是低端的體育休閑用品領(lǐng)域。目前藍(lán)星集團(tuán)正在建設(shè)碳纖維生產(chǎn)線。 （ 1） 碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)企業(yè) 世界著名的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)幾乎都從事了以預(yù)浸料為主的復(fù)合材料中間品的制造，一些公司還有各種樹脂的生產(chǎn)。具備相當(dāng)?shù)母偁巸?yōu)勢。除此之外，還有一些傳統(tǒng)做航空預(yù)浸料的公司，如 Advanced Composites Group、 Gurit、 Den Cate 等公司，另外就是一些著名的體育器材公司的復(fù)合材料廠，如高爾夫球桿領(lǐng)域的巨頭 Aldila materials。 第二類是臺資廠，大約有近 20 家企業(yè)，主要分布在廣東、福建、山東，主要使用日本或臺塑的碳纖維生產(chǎn)預(yù)浸料，主要用于生產(chǎn)體育休閑用品（包括自行車零件）。 第三類是航空航天工業(yè)總公司下屬預(yù)浸料廠，主要是北京材料研究所、航天 703 所、哈爾濱飛機(jī)制造公司等。 第四類是以威海光威、 嘉興中寶為代表生產(chǎn)銷售預(yù)浸料，并同時做復(fù)合材料成品的公司。檢驗、測試設(shè)備配備齊全，有：流變儀、動態(tài)力學(xué)等先進(jìn)檢測設(shè)備 20 臺。 嘉興中寶碳纖維公司有一套瑞士引進(jìn)的熱熔涂膜設(shè)備和復(fù)合機(jī)各一套，年生產(chǎn)預(yù)浸料的能力為 300 萬平方米。核心的碳化工藝技術(shù)、先進(jìn)成熟的碳纖維及復(fù)合材料 制品生產(chǎn)設(shè)備、廉價高品質(zhì)的碳纖維供應(yīng)及研究院所強(qiáng)有力的技術(shù)支持將為中鋼江城碳纖維復(fù)合材料制品的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。其中：電纜芯與遠(yuǎn)東電纜、河北硅谷化工、重慶電纜等企業(yè)；抽油桿與中石油、中海油的相關(guān)企業(yè)；預(yù)浸布及編織布與風(fēng)能制造企業(yè)、北航等科研單位；碳纖維粉和碳纖維短切與國內(nèi)生產(chǎn)增強(qiáng)塑料等企業(yè)均達(dá)成合作意向，為將來的合作奠 定了良好的基礎(chǔ)。 （ 3） 未來發(fā)展方向和潛力 項目完成后將進(jìn)一步提升產(chǎn)品檔次，研發(fā)耐高溫樹脂體系，為在航天領(lǐng)域應(yīng)用做好準(zhǔn)備；完善產(chǎn)品系列，增加樹脂品種，滿足不同用戶使用要求。 進(jìn)一步加大研發(fā)投入，繼續(xù)開發(fā)其他碳纖維復(fù)合材料汽車零部件項目與產(chǎn)品，擴(kuò)大碳纖維復(fù)合材料在汽車上的應(yīng)用范圍。 14 繼續(xù)探索碳纖維下游產(chǎn)品新的應(yīng)用領(lǐng)域。加大市場開發(fā)力度，加快碳纖維下游制品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 15 四 建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 建設(shè)規(guī)模 項目擬以風(fēng)力發(fā)電葉片用碳纖維預(yù)浸布為主要產(chǎn)品，建設(shè)年產(chǎn) 300 萬平方米預(yù)浸料生產(chǎn)線和年產(chǎn) 100 萬平方米兩維及三維碳纖維織物生產(chǎn)線，形成年產(chǎn) 300 萬平方米風(fēng)電葉片用碳纖維預(yù)浸料的生產(chǎn)能力。將碳纖維經(jīng)過預(yù)浸漬，制成預(yù)浸料和預(yù)浸布是碳纖維復(fù)合材料的主要形式。 為適應(yīng)市場需求對生產(chǎn)品種進(jìn)行細(xì)化分級，發(fā)展高品級、多規(guī)格品種產(chǎn)品。30′ ，北緯 43176。經(jīng)開區(qū)位于吉林市區(qū)西北方向約 20 公里，距長春市 88 公里。 區(qū)域內(nèi)主要交通干線有兩條，一條為九站至吉林機(jī)場的公路，另一條為九站至現(xiàn)有廠址的道路，其它道路網(wǎng)正在形成。 （ 2） 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地震烈度 廠址區(qū)域內(nèi)地勢平坦，西部為二級階地，南部為臺地丘陵，東部和北部為平原。廠區(qū)土地主要以松花江一級階地和二級階地為主。臺地丘陵呈微起伏狀，相對高差一般小于 70m，其表層由黃土狀亞黏土覆蓋，厚 9— 15m，下部基巖為新生代第三紀(jì)花崗巖。本工程位于開發(fā)區(qū)內(nèi)，由開發(fā)區(qū)統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置。 （ 3） 自然氣象條件 本工程建設(shè)地點的自然和氣象條件詳見下表： 自然、氣象條件表 序號 自然、氣象要素 單 位 數(shù) 值 備 注 1 海拔 m ～ 2 氣溫（干球溫度） 年平均溫度 ℃ 極端最高溫度 ℃ 極端最低溫度 ℃ 最熱月（七月）平均溫度 ℃ 最冷月（一月）平均溫度 ℃ 最熱月（七月）平均最高溫度 ℃ 最冷月（一月）平均最低溫度 ℃ 3 相對濕度 年平均相對濕度 % 70 最熱月平均相對濕度 % 80 最冷月平均相對濕度 % 72 年平均水氣壓 kPa 4 大氣壓 年平均 kPa 夏季平均 kPa 冬季平均 kPa 5 風(fēng)向、風(fēng)速 年最多風(fēng)向及頻率 % 14 主導(dǎo)風(fēng)向： SW 夏季最多風(fēng)向及頻率 % 13 風(fēng)向 ： SE 冬季最多風(fēng)向及頻率 % 風(fēng)向： SW 年平均風(fēng)速 m/s 18 序號 自然、氣象要素 單 位 數(shù) 值 備 注 最大風(fēng)速 m/s 離地面 10米處 基本風(fēng)壓 kN/m2 離地面 10米處 6 降雨量 年平均年降雨量 mm 日最大降雨量 mm 小時最大降雨量 mm 7 雪 最大積雪厚度 m 基本雪壓 kN/m2 8 其它 最大凍土深度 m 凍結(jié)日期 — 11月 22日 解凍日期 — 3月 31日 年平均日照 小時 年雷暴日 d 41 年均蒸發(fā)量 mm 年平均霧凇日數(shù) d 19 六 技術(shù)方案、設(shè)備方案、工程方案 技術(shù)方案 目前碳纖維在國內(nèi)外風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用空間十分廣闊，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備用碳纖維預(yù)浸布需求量也逐年增多，市場發(fā)展?jié)摿Υ?。哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院、山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的風(fēng)電葉片用碳 纖維預(yù)浸料生產(chǎn)技術(shù)。本項目以引進(jìn) 進(jìn)口 設(shè)備為主，實現(xiàn)從原絲到碳化碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)的目標(biāo)。這兩種工藝方法各有利弊，互為補(bǔ)充，未來這兩種 生產(chǎn)工藝將會同時存在，以適應(yīng)不同需求，但熱熔法工藝應(yīng)用的愈來愈普及。 a 溶液浸漬法 溶液浸漬法是把樹脂基體各組分按規(guī)定的比例，溶解于低沸點溶劑中，使其成為具有一定濃度的溶液，然后將纖維束或織物以規(guī)定的速度通過樹脂基體溶液，使其浸上定量的樹脂基體，該法必須有除去溶劑的工序。輥筒纏繞法是將纖維束通過樹脂基體溶液的膠槽，經(jīng)過幾組導(dǎo)向輥、除去多余的樹脂，隨后平行纏繞在輥筒上，待繞滿輥筒后停機(jī)，沿輥筒縱向切開，即可得到一張單向預(yù)浸料。 這種工藝效率較低，適于新產(chǎn)品研究和開發(fā)，可做為教學(xué)工具。 多絲束或織物連續(xù)浸漬法工藝過程為：從紗架引出纖維束，調(diào)節(jié)每束纖維張力使之基本相等，經(jīng)過整徑、分散和展平、進(jìn)入浸膠槽、通過擠膠除去多余的樹脂，隨 后進(jìn)入烘干爐，使溶劑揮發(fā)，再經(jīng)檢測裝置檢查樹脂含量和預(yù)浸料質(zhì)量，最后用離型紙或壓花聚乙烯薄膜覆蓋并收卷。下圖為溶液法臥式預(yù)浸工藝示意圖和溶液法立式預(yù)浸工藝的示意圖。前者隨預(yù)浸工藝的進(jìn)行，溶劑不斷揮發(fā)，樹脂基體溶液濃度一直在增 大，預(yù)浸料樹脂含量相應(yīng)增加，為此，設(shè)備應(yīng)包括一個具有足夠容積的樹脂基體溶液貯罐，使膠槽和貯罐的樹脂基體溶液不斷循環(huán)。工藝過程的線速度和擠膠輥間距可直接調(diào)節(jié)，通過上述措施，預(yù)浸料樹脂含量一般可以控制在 177。2%。缺點是需要干燥爐除去溶劑或進(jìn)行溶劑回收。 b 熱溶法 熱熔法是在溶液浸漬法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以免去溶液浸漬法因溶劑帶來的諸多不便。目前發(fā)達(dá)國家的專業(yè)化預(yù)浸料公司大都采用熱熔法制備預(yù)浸料，特別是主承力結(jié)構(gòu)用的預(yù)浸料。前者是將樹脂基體置于膠槽中，加熱到一定溫度、使樹脂熔融，然后將纖維束依次通過展開機(jī)構(gòu)、膠槽、幾組擠膠輥、重排機(jī)構(gòu)最后收卷，典型工藝過程見 直接熱熔法工藝示 意圖 。該法主要用于制備粗紗或窄帶預(yù)浸料，作纏繞構(gòu)件用。如直升機(jī)槳殼系統(tǒng)夾板用單向粗紗預(yù)浸帶，樹脂含量 23%，控制精度 177。 23 膜膠壓延法（也稱兩步法）是目前廣泛采用的方法，是生產(chǎn)預(yù)浸料的第一選擇。 上圖是制膜工藝的示意圖。用 β 射線儀檢測膠膜的厚度或膠膜的面密度，通過冷卻板降低膠膜的溫度，盡量減少其固化程度，隨后收卷、包裝，存放于冷庫待用。從紗架引出纖維，調(diào)節(jié)張力后，通過蓖子集束、展平到規(guī)定的寬度、從上、下膠膜輥引出預(yù)先制好的膠膜，并和纖維形成夾夾芯結(jié)構(gòu)，依次通過幾組熱壓輥，使樹脂基體熔融，纖維嵌入樹 24 脂基體中。 熱熔浸漬法的優(yōu)點是工藝過程線速度大、效率高；樹脂含量容易控制；沒有溶劑， 預(yù)浸料揮發(fā)分含量低，工藝安全；不需要干燥爐、減少了環(huán)境污染；制膜和浸漬過程可以分步進(jìn)行，減少了材料特別是昂貴增強(qiáng)材料的損失；且這種工藝預(yù)浸料的外觀質(zhì)量也較好。 c 熱熔法環(huán)氧樹脂體系的選擇 熱熔法環(huán)氧樹脂預(yù)浸料研制的技術(shù)關(guān)鍵是選擇合理的樹脂體系組合、有較長潛伏期的固化劑和促進(jìn)劑的匹配及合適的催化劑，并在保證各項性能指標(biāo)的前提下改善熱熔成型的工藝性。