خلفية البحث والتطوير وأهميته: الألياف الكربونية هي مادة ألياف جديدة عالية القوة بمحتوى كربوني يزيد عن 95%. ونظراً لخصائصها الممتازة مثل القوة العالية والوزن الخفيف ومقاومة التآكل، تُعرف باسم "الذهب الأسود" وهي مادة مثالية لتطبيقات المعدات خفيفة الوزن. يمكن أن يساعد تطوير ألياف الكربون في تعزيز الارتقاء بالصناعات ذات الصلة وتحسين أداء المنتجات، مثل تقليل وزن الطائرات وتعزيز كفاءة استهلاك الوقود في مجال الطيران؛ وفي مجال السيارات، يمكن تحقيق خفة الوزن وتقليل استهلاك الطاقة.

عملية البحث والتطوير: بدأت عملية البحث والتطوير في الصين في مجال ألياف الكربون في وقت متأخر نسبيًا واعتمدت 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 القبول الخاص بألياف الكربون "برنامج 863" الوطني، مما يمثل أول ألياف كربون صناعية صينية. وفي عام 2011، تم الانتهاء من مشروع سلائف ألياف الكربون الذي تبلغ طاقته 5000 طن من مجموعة جيلين للألياف الكيماوية وتم تشغيله، مما جعل الشركة رائدة في إنتاج سلائف ألياف الكربون على نطاق واسع في الصين. ومنذ ذلك الحين، تغلبت الشركات المحلية باستمرار على الصعوبات التقنية، مثل مجموعة جيلين للألياف الكيميائية، التي طورت على التوالي 25 ألف و35 ألف و48 ألف و50 ألف وغيرها من حزم الألياف الكبيرة، وحسّنت نظام منتجات ألياف الكربون. وفي عام 2022، تم تشغيل أول خط إنتاج محلي لمشروع ألياف الكربون ذات حزم الألياف الكربونية الكبيرة عيار 48 ألفًا التابع لشركة سينوبك شنغهاي للبتروكيماويات وتم إنتاج منتجات مؤهلة. كان أداء المنتج مماثلاً للمنتجات المماثلة خارج الولايات المتحدة، ووصلت الجودة إلى المستوى المتقدم الدولي 5.

البحث والتطوير التكنولوجي الرئيسي 5:

تكنولوجيا إنتاج الحرير الخام: تعد جودة الحرير الخام أحد العوامل الرئيسية التي تحدد أداء ألياف الكربون. وتحتاج عمليات البحث والتطوير إلى معالجة مشاكل مثل اللزوجة غير المستقرة، والشوائب الفقاعية العالية، ودقة الغزل العالية، والقوة المنخفضة، والألياف الزائدة من أجل الحصول على ألياف سلائف البولي أكريلونيتريل (PAN) عالية الجودة.

تقنية الكربنة: يخضع الحرير الخام لعمليات متعددة مثل الأكسدة والكربنة في درجات حرارة منخفضة والكربنة في درجات حرارة عالية. وتحت الحماية بالغاز الخامل، يخضع للتحلل الحراري وبلمرة الانكماش الحراري، مما يؤدي إلى تكوين بنية جرافيت بطبقة غير منظمة من ألياف الكربون، مما يؤدي في النهاية إلى محتوى كربوني يزيد عن 901 تيرابايت 3 تيرابايت في المنتج. يعد التحكم في مجال درجة الحرارة تقنية رئيسية في هذه العملية.

تطبيق إنجازات البحث والتطوير 1:

في مجال طاقة الرياح، يمكن استخدام ألواح ألياف الكربون المبثوقة في العوارض الرئيسية لشفرات توربينات الرياح، مما يجعلها أخف وزنًا وأكثر كفاءة. تستحوذ ألواح ألياف الكربون المبثوقة من مجموعة جيلين للألياف الكيماوية لألواح ألياف الكربون للعوارض الرئيسية لشفرات توربينات الرياح على حصة سوقية تزيد عن 90% في سوق طاقة الرياح المحلية.

في مجال المعدات الرياضية، يمكن تحويلها إلى مضارب كرة الريشة، والزلاجات، وعصي هوكي الجليد، وما إلى ذلك. وقد تم طرح المعدات الرياضية ذات الصلة التي تنتجها مجموعة جيلين للألياف الكيميائية في السوق.

في مجال آلات البناء، طورت شركة زومليون بشكل مستقل "تكنولوجيا الهيكل الهجين المعدني المركب من ألياف الكربون المركب عالي القوة المعدنية". وقد تم الكشف عن شاحنة المضخة ذات الأذرع المصنوعة محليًا من ألياف الكربون باستخدام هذه التكنولوجيا، مما يحقق الاستقلالية الكاملة لسلسلة المواد المركبة من ألياف الكربون بدءًا من المواد الخام وحتى عمليات التصنيع، وتحسين قدرات تشغيل المعدات، وخفض تكاليف الإنتاج.

اتجاه البحث والتطوير المستقبلي: فمن ناحية، سنستمر في التركيز على تحسين أداء ألياف الكربون، مثل القوة والمعامل وما إلى ذلك، لتلبية المتطلبات الأعلى للمواد في المجالات المتطورة مثل الفضاء الجوي؛ ومن ناحية أخرى، سنركز على خفض تكاليف الإنتاج، وتحسين كفاءة الإنتاج من خلال تحسين العمليات وتحسين المعدات وغيرها من الوسائل، وتوسيع نطاق استخدام ألياف الكربون، وتعزيز تطبيقها على نطاق واسع في المزيد من المجالات المدنية.