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中国渐入世界碳纤维行列

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-09-09【



    中复神鹰碳纤维有限公司董事长张国良(左)为本报记者介绍用我国自主生产的碳纤维制造的自行车。

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  中国碳纤维发展史永远记录着这一刻——2007年5月3日早6点20分,一个令中国人骄傲的时刻,由我国产业化生产线生产的第一批碳纤维在连云港鹰游纺机有限责任公司成功下线。

  次年12月3日,我国万吨碳纤维产业化工程的一期项目千吨碳纤维生产线顺利投产。在此过程中,科研技术人员掌握了大量关键技术甚至是世界级的独创技术,申报12项专利,其中4项专利获得国家授权。

  特别是中复神鹰碳纤维与关键设备研发项目通过国家级鉴定,标志着我国已经成功实现碳纤维的国产化和产业化,彻底打破了发达国家对碳纤维市场的长期垄断地位,一举扭转了我国碳纤维完全依赖进口的局面。

  终于,经历了30年的苦苦探求,中国人凭着自己的力量登上了世界碳纤维的“神坛”!

  爱游戏官方app复合材料在军机、导弹、运载火箭和卫星飞行器上发挥着不可替代的作用。

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  被西方国家视为战略物资

  碳纤维主要包括聚丙烯腈基碳纤维(PAN基碳纤维)与沥青基碳纤维两大类,前者应用更为广泛。PAN基碳纤维从20世纪60年代起步,经过30多年的发展和提高,到21世纪初,其制备技术与工艺基本成熟,市场被逐步打开。目前,日本东丽公司代表着高性能PAN基碳纤维研发的最高水平,开发出T300~T1000的高强型和高强高模碳纤维及M40S~M60J的高模型碳纤维。

  PAN碳纤维是军事工业用量大、使用面广、地位极为重要的关键性高性能纤维材料,是各类军用高强、高模、高强高模型复合材料的原料及技术基础。以爱游戏官方app复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构、功能一体化构件材料,在军机、导弹、运载火箭和卫星飞行器上发挥着不可替代的作用,是一种战略性新材料。因此,西方国家把碳纤维视为“战略物资”,长期对我国军品应用实行“禁售、禁运”政策,企图制约我国国防工业发展。

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  碳纤维在民用领域也得到广泛应用,如文体休闲制品、建筑工程、风力发电、深井采油、高速交通等高新技术领域,其市场规模不断扩大。在经济高速发展中,我国碳纤维在工业应用领域也得到快速发展,每年需大量进口碳纤维。但西方国家对我国国防领域应用的碳纤维仍严格限制。

  自“六五”以来,我国一直将碳纤维作为国家重点研发和实施科技产业化的攻关项目,先后投入高达几十亿元,然而,直至“十五”时期,我国的碳纤维研发仍然停留在实验室阶段,国内尚无百吨级工业化生产线,而西方国家长年对我国实行禁运政策和技术封锁却是日趋加紧。因此,制造出中国自己的碳纤维,已远不是企业发展的需要,而是整个国家和民族实现强盛的需要。

  “十一五”期间,国家高度重视,力争使我国碳纤维产业实现重大突破,将目标锁定于全面推进原丝、预氧化丝、碳纤、预浸布及复合材料等产业链一体化研发,实现千吨级产业化突破。其中,以T300型为主的碳纤维产业链力争突破3000吨/年的产业化规模;T700等高性能碳纤维产业链在中试研发基础上,实现500吨级产业化。 copyright 123456

  就在实施这一个五年计划的第三年,第一批国产碳纤维在连云港鹰游公司成功下线,同年10月,鹰游公司与中国建材集团及江苏奥神公司合作成立中复神鹰碳纤维有限公司,总投资30亿元的万吨碳纤维项目全面开工,计划两年内形成年产3000吨碳纤维的规模,3~5年建成万吨生产基地,从此拉开了中国万吨碳纤维产业化的大幕。2008年12月3日,我国万吨碳纤维产业化工程的一期项目千吨碳纤维生产线顺利投产。

  目前,中复神鹰千吨级T300碳纤维已实现稳定生产,并于2010年下半年开始赢利,仅去年12月该公司碳纤维赢利就达400万元。今年中复神鹰千吨级T700、T800碳纤维生产线将全面投产,纤维功能和性能达到世界发达国家水平。

  国内纺织企业大都以引进国外成套先进设备为荣耀,但忽略了引进成套设备的一大弊病是限制了企业的再创造。   本文来自123

  不要迷信国外成套设备

  国内许多科研机构搞了三四十年也没能实现碳纤维的产业化,而中复神鹰仅3年多时间就实现了三级跳——建成20吨、100吨、1000吨的碳纤维生产线。

  中复神鹰碳纤维有限公司董事长张国良为记者破解了其中的谜底:以东华大学、山东大学等国家重点实验室已通过验收的国家“863”碳纤维项目所取得的单元技术和中试成果为依托,引进碳纤维研究资深专家和腈纶生产的资深工程技术专家,整合实验室成果与工业化腈纶生产控制技术,特别是充分发挥鹰游纺机研发中心纺织机械设计制造的优势,在没有现成的生产设备可参照,没有现成的工艺流程可借鉴的情况下,全面展开自我设计、自我制造、自我安装、自我调试的碳纤维生产线的攻关之战。

  “有了实验室理论成果、大腈纶工程控制技术、化纤设备生产的手段和经验,我一定能创造出中国的碳纤维!”张国良信心非常坚定。
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  张国良和他的团队一举打破了发达国家垄断碳纤维生产的神话,他将决胜点归结于多种技术与多项工艺的综合运用与自主创新。目前,中复神鹰已经拥有从纤维到最终产品完整的碳纤维产业链。企业自身所拥有的化纤机械制造、自动化控制、纤维生产加工等一系列与碳纤维研发生产相关的科研团队,为最终成功研发生产碳纤维和提高产品档次提供了重要保障。

  “我们的碳纤维生产设备全部是自主研发和制造的。”张国良谈到,目前国内纺织行业仍然存在技术研发能力薄弱,成熟技术和工艺长期得不到更新的状况。国内化纤及纺织企业大都以引进国外成套先进设备为荣耀,但忽略了引进成套设备与技术的一大弊病是限制了国内企业的再创造。在生产过程中,设备的适应性以及设备在运行过程中的灵活性受到很大影响,进而制约了新产品开发的广度和速度。这一点也正是国内部分企业长期研发碳纤维但一直无果的症结所在。 123456

  3年多的时间,几百台(套)设备和10多条生产线的自我设计、自我制造、自我安装、自我调试,中复神鹰人遇到了前所未有的难题,常常陷入山穷水尽的境地,但他们屡败屡战,愈挫愈勇,渡过了一个个难关,最终建成国内首条千吨碳纤维生产线。

  以企业为主体并不等于技术全部由企业开发,而是在以企业为主的前提下,充分利用科研机构的资源,推动科技成果产业化。  

  以企业为主体推进产业化

  科研院所的科技成果难以产业化的重要原因是科技与经济脱节,缺乏产业化人才,导致相关设备制造不出来,许多工艺问题解决不了。而这正是中复神鹰的优势所在,其股东单位鹰游纺机集团是国家级重点高新技术企业,拥有强大的纺织机械设计的技术实力和先进的制造水平。

  张国良举了两个例子。 123456

  一个是解决原料浆生产工艺中的散热问题。在实验室由于生产原料浆的反应容器小,试验是一次次做,因而可以通过将整个容器放在冷水中来达到散热的目的。而工业的反应容器比一辆轿车还要大,又要连续生产,若用实验室的方法不仅行不通,而且无法均衡散热。于是,他们从反应容器本身的改进入手,反复试验,找到一个解决问题的诀窍,达到了散热的目的。“这个诀窍只有长期在生产一线的技术人员才能想到。这层窗户纸捅破了似乎很容易,但没有它产业化就不能实现。”张国良说。

  另一个是解决原料浆质量的问题。若将生产原料浆的实验室技术直接进行产业化放大有两种可能,一是连续聚合工艺,二是间歇聚合工艺,这两种工艺生产的原料浆质量都不够好,不能生产出高性能原丝。最后,他们综合这两种工艺的优点,发明了一种新的工艺,生产出了高质量的原料浆。这一工艺及设备已获国家发明专利。 123456

  在科技成果产业化的过程中还会出现许多实验室研究时不需考虑而产业化却无法回避的问题。张国良告诉记者,物料平衡和能量平衡问题就很典型。比如溶剂的使用,在实验室研究各单元技术时,用过的溶剂可以倒掉,下次试验时再用新的,而产业化时如果也这样做,污染环境且不说,生产成本之大是无法承受的,必须循环使用。“物料平衡、能量平衡说起来只有8个字,但做起来就不容易了。”

  以企业为主体并不等于技术全部由企业开发,而是在以企业为主的前提下,充分利用科研机构的资源,推动科技成果产业化。为了加大与科研机构合作的力度,中复神鹰投资1亿元和东华大学共建碳纤维工程技术中心。这种紧密的合作因为东华大学拥有纺织科学与工程等国家一级重点学科和纤维材料改性重点实验室等10个国家级科研基地,使碳纤维产业化获得了强有力的科技支撑。有段时间,中复神鹰生产出来的碳纤维强度总也达不到标准要求,企业的技术人员反复试验也没有找到原因,后来是东华大学的研究人员破解了这一难题。 copyright 123456

  张国良常感叹:“我是带了一支碳纤维产业化的国家队。从这个意义上说,如果没有国内科研机构多年科技开发和腈纶生产技术的国产化所带来的技术、经验、人才的积累,就没有中复神鹰的今天。”

  由于缺少具有自主知识产权的技术支撑,国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。  

  高性能碳纤维仍有待突破

  近20年来,碳纤维增强复合材料受到世界各国的普遍重视,美国、欧洲各国、日本等工业发达国家均将其列入国家优先重点发展计划。我国的复合材料总产量已位居世界第三位,但与国外相比,技术上还有较大差距,主要体现在高性能原材料缺乏,严重制约着高性能碳纤维的发展。

  据国家自然科学基金委原工程与材料科学部常务副主任李克健介绍,近年来,中国碳纤维发展态势良好,截至2010年已有中钢集团吉林炭素股份有限公司、中复神鹰碳纤维有限责任公司、山西恒天纺织新纤维科技有限公司、中国石油股份有限公司吉林石化分公司、铁岭申和碳纤维材料有限公司、上海同砼碳纤维布有限公司、华皖碳纤维(集团)有限公司、嘉兴中宝碳纤维有限责任公司等30余家碳纤维行业重点企业从事碳纤维生产,在建拟建生产能力超过1万吨,规划建设能力超过4万吨,已形成碳纤维产业群。

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  2010年,江苏泛达爱游戏官方app复合材料项目落户金湖、金发科技碳纤维项目在广州奠基、56亿爱游戏官方app复合材料项目辽宁投建等我国碳纤维行业重大项目,以及吉林积极推进碳纤维产业基地建设、辽宁抚顺推进碳纤维产业发展、甘肃白银建设大型碳纤维生产加工基地、上海市碳纤维研发等国内部分地区碳纤维项目均取得长足发展。

  同时,业内专家指出,我国碳纤维发展也暴露了不少问题,如生产能耗大,质量低,稳定性差,成本高,由于缺少具有自主知识产权的技术支撑,国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术,产品缺乏国际竞争力等。为此,碳纤维老专家师昌绪建议,应利用“973”项目和碳纤维及国家复合材料工程实验室等研发平台,提高自主创新能力,加大质量监管,扩大应用领域。

  近年来,碳纤维得到了国家和社会高度重视,其重要性、紧迫性史无前例,同时该领域涉及高分子、无机和有机化学、材料科学等多学科高度交叉,化学工程、纤维成型、自控、机械等多工程技术高度集成,并且没有国外的样品和技术作为借鉴对象,只有充分的基础科学和应用技术支撑、先进的工业技术保障、严格的工艺和质量管理保证,才有可能取得高性能碳纤维的突破性进展。  
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  民用领域则是常规碳纤维应用最为广阔的天地,同时也是生产企业赢利的一个主攻方向。

  拓展应用领域延伸产业链

  据专家分析,一般用于航空航天、国防军工等高科技领域的碳纤维是高性能碳纤维,而民用领域则是常规碳纤维应用最为广阔的天地,同时也是生产企业赢利的一个主攻方向。

  航天器材料的未来发展方向是减轻结构重量,卫星结构重量占整星的重量由20%下降到10%。除了在设计上采用先进的设计方法,在材料的选择上要选用高性能的材料,如超高模碳纤维、超高模高强碳纤维和相应的树脂基体材料。“十二五”时期,我国重点发展的航天器材料包括超高模爱游戏官方app复合材料、超高模高强爱游戏官方app复合材料等,航天用复合材料将达到10万吨。

  记者在采访中了解到,在民用领域的应用必将为碳纤维生产企业带来另外的惊喜。2010年6月,中复神鹰旗下的连云港神鹰自行车有限责任公司向市场推出仅6公斤的碳纤维自行车。这是国内第一家用完全拥有自主知识产权生产的碳纤维制造的自行车,其主要原料碳纤维全部由中复神鹰生产提供。据了解,这种碳纤维自行车已通过欧洲碳纤维自行车质量认证标准,价格仅为进口同类碳纤维自行车的三分之一,该公司已开工建设年产10万辆多品种的碳纤维自行车一期工程。
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  在国家新能源战略的指导下,大力发展大功率的新型风电叶片必将大有可为。爱游戏官方app复合芯铝导线和杆塔研究和应用技术代表了当今国际输电领域新材料应用的发展方向,对我国电网建设和升级改造、提高电网的安全运行水平、提高电网的输送能力与效益,节能环保、节约土地资源,以及促进国产碳纤维的可持续发展,具有重大现实和战略意义。“十二五”期间,我国将形成年产高性能爱游戏官方app复合芯50000千米的生产能力,在现有基础上提高输电线路10%以上的节能效果,推动我国电力技术进步和工业节能减排等。

  从国内看,未来通用飞机发展潜力是巨大的,2008~2017年需要通用飞机近5000架,约占全球总需求量的12%,其中有21%是公务机,其余79%是通勤、作业、培训和运动等用途的飞机。随着先进爱游戏官方app复合材料及其加工技术的快速进步,在通用飞机制造领域,新型飞机设计开始越来越多地采用先进复合材料。 copyright 123456

  据权威机构预测,2014年全球碳纤维产值可达24亿美元,而且高新性纤维及复合材料市场的中心将进一步向亚洲转移,中国高性能爱游戏官方app复合材料产业前景更是不可估量。

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来源: 中国纺织报
 
 

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