خلفية البحث والتطوير وأهميته: الألياف الكربونية هي نوع جديد من مواد الألياف عالية القوة بمحتوى كربوني يزيد عن 95%. ونظرًا لخصائصها الممتازة مثل القوة العالية والوزن الخفيف ومقاومة التآكل، فقد تم الترحيب بها باعتبارها "الذهب الأسود" وهي مادة مثالية لمجال تطبيق المعدات خفيفة الوزن. ويساعد البحث والتطوير في مجال ألياف الكربون على تعزيز ترقية الصناعات ذات الصلة وتحسين أداء المنتجات.

على سبيل المثال، في مجال الطيران، يمكن أن يقلل من وزن الطائرات ويعزز كفاءة استهلاك الوقود. وفي مجال السيارات، يمكن أن يحقق خفة وزن السيارة ويقلل من استهلاك الطاقة، إلخ.

تاريخ البحث والتطوير: بدأ البحث والتطوير في مجال ألياف الكربون في الصين في وقت متأخر نسبيًا وكان يعتمد في السابق على الواردات، مما أدى إلى مواجهة مشكلة "عنق الزجاجة". في عام 2005، اجتازت ألياف الكربون من الدرجة CCF-1 التي طورتها مجموعة قوانغوي قبول المشروع الوطني الخاص بألياف الكربون "برنامج 863"، وكانت هذه هي المرة الأولى التي تمتلك فيها الصين ألياف الكربون الصناعية الخاصة بها. وفي عام 2011، قامت شركة جيلين

تم الانتهاء من مشروع سلائف الألياف الكربونية الذي تبلغ طاقته 5000 طن من سلائف الألياف الكربونية التابع لمجموعة الألياف الكيميائية وتم تشغيله، مما يشكل سابقة لإنتاج سلائف الألياف الكربونية على نطاق واسع في الصين. ومنذ ذلك الحين، تغلبت الشركات المحلية باستمرار على الصعوبات التقنية. على سبيل المثال، طورت مجموعة جيلين للألياف الكيماوية على التوالي خيوطًا أصلية ذات حزم كبيرة مثل 25 كيلو و35 كيلو و48 كيلو و50 كيلو، وبالتالي تحسين نظام منتجات ألياف الكربون. وفي عام 2022، قامت سينوبك

تم تغذية وبدء تشغيل أول خط إنتاج محلي لمشروع ألياف الكربون ذات الفتائل الكبيرة من ألياف الكربون ذات الفتائل الكبيرة من شركة شنغهاي للبتروكيماويات بسعة 10,000 طن من ألياف الكربون 48K، وتم إنتاج منتجات مؤهلة. ويضاهي أداء المنتجات أداء المنتجات الأجنبية من نفس المستوى، ووصلت الجودة إلى المستوى المتقدم الدولي.

البحث والتطوير التكنولوجي الرئيسي 5

تكنولوجيا إنتاج السلائف: تعد جودة السلائف أحد العوامل الرئيسية التي تحدد أداء ألياف الكربون. ويحتاج البحث والتطوير إلى معالجة قضايا مثل اللزوجة غير المستقرة، والفقاعات والشوائب العديدة، والدقة العالية في الغزل، والقوة المنخفضة، والزغب المفرط، من أجل الحصول على سلائف بولي أكريلونيتريل (PAN) عالية الجودة.

تقنية الكربنة: تخضع الخيوط الأصلية لعمليات متعددة مثل الأكسدة والكربنة في درجات الحرارة المنخفضة والكربنة في درجات الحرارة العالية. وفي ظل حماية الغاز الخامل، يحدث التحلل الحراري والتكثيف الحراري المتعدد التكثيف، مما يشكل بنية جرافيت غير منتظمة من ألياف الكربون. وفي النهاية، يتجاوز محتوى الكربون في المنتج 90%. وخلال هذه العملية، يعد التحكم في مجال درجة الحرارة والتقنيات الرئيسية الأخرى أمرًا بالغ الأهمية.

تطبيق إنجازات البحث والتطوير التطبيقية 1

وفي مجال طاقة الرياح، يمكن استخدام ألواح ألياف الكربون المكسوة بألياف الكربون في العوارض الرئيسية لشفرات توربينات الرياح، مما يجعل شفرات توربينات الرياح أخف وزنًا وأكثر كفاءة. تستحوذ ألواح ألياف الكربون المكبرة للعوارض الرئيسية لشفرات توربينات الرياح لمجموعة جيلين للألياف الكيماوية على حصة سوقية تزيد عن 90% في سوق طاقة الرياح المحلية.

في مجال السلع الرياضية: يمكن تحويلها إلى مضارب كرة الريشة والزلاجات وعصي هوكي الجليد، إلخ. على سبيل المثال، تم طرح السلع الرياضية ذات الصلة التي تنتجها مجموعة جيلين للألياف الكيميائية في السوق.

في مجال آلات البناء، طوّرت زومليون بشكل مستقل "تكنولوجيا الهيكل الهجين المعدني المركب من ألياف الكربون - المعدن عالي القوة". وقد ظهرت شاحنة المضخة المحلية ذات ذراع الرافعة المصنوعة من ألياف الكربون التي تطبق هذه التقنية لأول مرة، مما يحقق استقلالية كاملة السلسلة للمواد المركبة من ألياف الكربون بدءًا من المواد الخام وحتى عمليات التصنيع، مما يعزز قدرات تشغيل المعدات ويقلل من تكاليف الإنتاج.

اتجاهات البحث والتطوير المستقبلية: فمن ناحية، ستستمر الجهود المبذولة لتعزيز أداء ألياف الكربون، مثل القوة والمعامل، لتلبية المتطلبات الأعلى للمواد في المجالات المتطورة مثل الفضاء الجوي. ومن ناحية أخرى، ستُبذل الجهود لخفض تكاليف الإنتاج. من خلال تحسين العمليات وتحسين المعدات، سيتم تعزيز كفاءة الإنتاج، وسيتم توسيع نطاق استخدام ألياف الكربون، وسيتم تعزيز تطبيقها على نطاق واسع في المزيد من المجالات المدنية.