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干噴濕紡高強/中模碳纖維產業化關鍵技術:讓中國用上自己的碳纖維
文章來源:未知     點擊數: 次     更新時間:2019-07-10 15:19

 2017年獲得國家科技進步一等獎的干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化關鍵技術及應用項目,突破了干噴濕紡高強/中模碳纖維產業化關鍵技術,實現了國產碳纖維批量供應,填補了我國以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產技術空白,更打破了國外高性能碳纖維企業對我國市場的長期壟斷。

 

據該項目第一完成人、中復神鷹碳纖維公司董事長張國良介紹,碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量的新型纖維材料,被稱為“新材料之王”,廣泛應用于航空、航天和國防軍工、體育器材等領域,是國家安全、武器裝備急需的關鍵戰略物資,也是國外長期技術封鎖和產品壟斷的敏感材料。

 

我國碳纖維研究始于上世紀60~70年代,但是由于生產周期長,而且生產工藝涉及高分子聚合、高分子聚合物凝固成形、高溫氧化碳化等多種物理和化學形態的變化,研發一直處于實驗室小規模生產測試階段。再加上生產技術設備落后,碳纖維質量和性能穩定性也較差,我國碳纖維市場曾長期處于進口產品壟斷狀態,高昂的進口價格和嚴苛的技術封鎖,嚴重制約著我國碳纖維的發展。

 

2000年8月,我國專門成立了以兩院院士師昌緒為組長的“聚丙烯腈基(PAN)碳纖維發展對策研究”課題組。時任國家主席胡錦濤和總理溫家寶多次批示,必須把我國碳纖維及其復合材料搞上去。

 

在這樣的時代背景下,中復神鷹聯合東華大學、江蘇鷹游紡機有限公司開展了國產碳纖維的研發攻關。研發團隊突破了制備高性能碳纖維的先進技術——干噴濕紡。“與濕法碳纖維相比,干噴濕紡技術產品力學性能大幅提升、生產效率顯著提高、能耗大幅降低,成為生產高性能碳纖維的全新技術。”張國良介紹道。干噴濕紡工藝被認為是今后碳纖維生產的主流工藝,但也是碳纖維行業公認的難以突破的紡絲技術,此前國際上僅有少數幾家國外公司掌握。

 

這一關鍵技術的突破,使紡絲速度可以達到每分鐘400米以上,是傳統濕法紡絲的5倍。突破干噴濕紡關鍵技術后,研究團隊又開發了均質聚合系統、高效環保脫單、穩定干噴濕紡、節能預氧化成套技術,打造了我國首個采用干噴濕紡工藝的千噸級碳纖維生產線。

 

如今,隨著技術的不斷革新改進,該條生產線在實現連續化穩定生產的同時,產出的碳纖維產品性能和品質都有了大幅提高,力學性能達到進口T700S碳纖維水平,并批量供應市場,極大促進了我國碳纖維復合材料產業的發展。中國工程院院士孫晉良這樣評價,該項目建設的基于干噴濕紡工藝的碳纖維生產線,研發技術水平達到國內領先,部分性能指標超過國外同類產品水平。據國內碳纖維行業權威測試中心北航和北化國家實驗室測試,該項目生產碳纖維一致性指標達到國際先進水平。

 

目前,中復神鷹已成為我國唯一、世界第三個攻克干噴濕紡工藝難題的企業,其碳纖維年產能達到6000噸,連續多年在國內纖維市場占有率達60%。

 

歷時12年,投入資金超過20億元,中復神鷹連續攻克了碳纖維生產原液制備技術,設備生產技術,PAN纖維快速均質預氧化、碳化集成技術,并構建了干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化生產體系,建成了首套具有完全自主產權的干噴濕紡碳纖維生產成套裝備。“然而我們的產品在某些方面與國外先進的產品相比還有差距,比如品種結構不齊全,但我相信通過努力,要趕上國外碳纖維的水平指日可待。”張國良表示。

 

截至目前,該項目已獲授權專利17項,其中發明專利13項,發表論文41篇,開發的T700與T800碳纖維產品已經應用到航空航天、碳芯電纜等領域,T1000和T1100碳纖維的技術攻關也正在進行。

 

“未來,我們還要繼續做中國人自己的碳纖維。我們將立足于干噴濕法碳纖維技術,在‘十三五’期間建成萬噸級碳纖維生產基地,不斷提高和完善國產碳纖維性能,開發更高強度和模量的產品,進一步降低生產成本,早日實現進口產品的替代。”張國良這樣說。

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