Hintergrund und Bedeutung von Forschung und Entwicklung: Die Kohlenstofffaser ist ein hochfestes neues Fasermaterial mit einem Kohlenstoffgehalt von über 95%. Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hohe Festigkeit, geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit ist sie als "schwarzes Gold" bekannt und ein ideales Material für Leichtbauanwendungen. Die Entwicklung von Kohlenstofffasern kann dazu beitragen, die Modernisierung verwandter Industriezweige voranzutreiben und die Produktleistung zu verbessern, z. B. durch die Verringerung des Gewichts von Flugzeugen und die Verbesserung der Treibstoffeffizienz in der Luft- und Raumfahrt; im Automobilbereich ist es möglich, das Gewicht zu verringern und den Energieverbrauch zu senken.
Forschungs- und Entwicklungsprozess: Die Forschung und Entwicklung von Kohlenstofffasern in China begann relativ spät und stützte sich zunächst auf Importe, was zu Engpässen führte. Im Jahr 2005 bestand die von der Guangwei Group entwickelte CCF-1-Kohlenstofffaser das nationale "863-Programm" für Kohlenstofffasern und war damit die erste industrielle Kohlenstofffaser Chinas. Im Jahr 2011 wurde das 5.000-Tonnen-Kohlenstofffaser-Precursor-Projekt der Jilin Chemical Fiber Group fertiggestellt und in Betrieb genommen, womit die Großproduktion von Kohlenstofffaser-Precursor in China begann. Seitdem haben inländische Unternehmen kontinuierlich technische Schwierigkeiten überwunden, wie die Jilin Chemical Fiber Group, die nacheinander 25K-, 35K-, 48K-, 50K- und andere große Faserbündel entwickelt und das Produktsystem für Kohlenstofffasern verbessert hat. Im Jahr 2022 wurde die erste inländische Produktionslinie für das 48K-Großfaserbündel-Carbonfaserprojekt von Sinopec Shanghai Petrochemical in Betrieb genommen und es wurden qualifizierte Produkte hergestellt. Die Produktleistung war mit ähnlichen Produkten außerhalb der Vereinigten Staaten vergleichbar, und die Qualität erreichte das internationale Spitzenniveau von 5.
Forschung und Entwicklung von Schlüsseltechnologien 5:
Technologie zur Herstellung von Rohseide: Die Qualität der Rohseide ist einer der Schlüsselfaktoren für die Leistungsfähigkeit von Kohlenstofffasern. Forschung und Entwicklung müssen sich mit Problemen wie instabiler Viskosität, hohen Blasenverunreinigungen, hoher Spinnfeinheit, geringer Festigkeit und übermäßigen Fasern befassen, um hochwertige Polyacrylnitril (PAN)-Precursor-Fasern zu erhalten.
Technologie der Karbonisierung: Die Rohseide durchläuft mehrere Prozesse, wie Oxidation, Niedrigtemperaturverkohlung und Hochtemperaturverkohlung. Unter dem Schutz von Inertgas erfolgt eine thermische Zersetzung und eine thermische Schrumpfungspolymerisation, bei der sich eine ungeordnete Graphitschicht aus Kohlenstofffasern bildet, was letztendlich zu einem Kohlenstoffgehalt von über 90% im Produkt führt. Die Steuerung des Temperaturfeldes ist eine Schlüsseltechnologie in diesem Prozess.
Anwendung der F&E-Ergebnisse 1:
Im Bereich der Windenergie können stranggepresste Kohlenstofffaserplatten für die Hauptträger von Windturbinenblättern verwendet werden, wodurch diese leichter und effizienter werden. Die extrudierten Carbonfaserplatten der Jilin Chemical Fiber Group für die Hauptträger von Windturbinenblättern haben einen Marktanteil von über 90% auf dem heimischen Windkraftmarkt.
Im Bereich der Sportausrüstung kann es zu Badmintonschlägern, Skiern, Eishockeyschlägern usw. verarbeitet werden. Die von der Jilin Chemical Fiber Group hergestellten Sportgeräte wurden bereits auf den Markt gebracht.
Im Bereich der Baumaschinen hat Zoomlion unabhängig die "Carbon Fiber Composite High Strength Metal Hybrid Structure Technology" entwickelt. Der im Inland produzierte Kohlefaserarm-Pumpenwagen, der diese Technologie nutzt, wurde vorgestellt. Er realisiert die vollständige Autonomie der Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffe vom Rohmaterial bis zum Herstellungsprozess, verbessert die Betriebsfähigkeit der Ausrüstung und reduziert die Produktionskosten.
Zukünftige Forschungs- und Entwicklungsrichtung: Einerseits werden wir uns weiterhin auf die Verbesserung der Leistung von Kohlenstofffasern wie Festigkeit, Modul usw. konzentrieren, um die höheren Anforderungen an Materialien in High-End-Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt zu erfüllen. Andererseits werden wir uns auf die Senkung der Produktionskosten und die Verbesserung der Produktionseffizienz durch die Optimierung von Prozessen, die Verbesserung von Anlagen und andere Mittel konzentrieren, um den Anwendungsbereich von Kohlenstofffasern zu erweitern und ihre großflächige Anwendung in mehr zivilen Bereichen zu fördern.
