研究開発の背景と意義炭素繊維は、炭素含有量が95%以上の高強度新繊維素材である。高強度、軽量、耐食性などの優れた特性から「黒い黄金」と呼ばれ、機器の軽量化用途に最適な材料である。炭素繊維を開発することで、航空宇宙分野では航空機の軽量化や燃費向上、自動車分野では軽量化やエネルギー消費の削減など、関連産業の高度化や製品性能の向上に貢献することができる。

研究開発プロセス：中国の炭素繊維研究開発のスタートは比較的遅く、かつては輸入に頼っていたため、ボトルネック問題に直面していた。2005年、広威集団が開発したCCF-1グレードの炭素繊維が国家「863計画」炭素繊維特別合格に合格し、中国初の工業用炭素繊維となった。2011年、吉林化繊集団の5000トン炭素繊維前駆体プロジェクトが完成し、稼動し、中国における炭素繊維前駆体の大規模生産を開拓した。それ以来、国内企業は絶えず技術的な困難を克服し、例えば吉林化繊グループは25K、35K、48K、50Kなどの大型繊維束を相次いで開発し、炭素繊維製品システムを改善した。2022年、シノペック上海石化の48K大型繊維束炭素繊維プロジェクトの国内初の生産ラインが稼働し、適格な製品が生産された。製品の性能はアメリカ国外の類似品に匹敵し、品質は国際先進レベル5に達した。

主要技術の研究開発 5：

生糸製造技術：生糸の品質は炭素繊維の性能を決定する重要な要因の一つである。研究開発では、高品質のポリアクリロニトリル（PAN）前駆体繊維を得るために、不安定な粘度、高い気泡不純物、高い紡糸繊度、低い強度、過剰な繊維などの問題に対処する必要がある。

炭化技術：生糸は酸化、低温炭化、高温炭化などの複数の工程を経る。不活性ガスの保護下で、熱分解と熱収縮重合を受け、炭素繊維の無秩序層グラファイト構造が形成され、最終的に製品中の炭素含有量は90%以上となる。温度場の制御は、このプロセスにおける重要な技術である。

研究開発成果の活用 1：

風力発電の分野では、炭素繊維押出板を風力タービンブレードのメインビームに使用することで、ブレードの軽量化と高効率化を実現できる。吉林化繊集団の風力発電ブレード用炭素繊維押出板は、国内風力発電市場で90%以上のシェアを占めている。

スポーツ用品の分野では、バドミントンラケット、スキー、アイスホッケーのスティックなどに加工できる。吉林化繊グループが生産した関連スポーツ用品は市場に投入されている。

建設機械の分野で、Zoomlionは独自に「炭素繊維複合高強度金属ハイブリッド構造技術」を開発した。この技術を用いた国産炭素繊維アームポンプ車を発表し、炭素繊維複合材料の原材料から製造工程までのフルチェーンオートノミーを実現し、設備運用能力の向上、生産コストの削減を実現しました。

今後の研究開発の方向性一方では、炭素繊維の強度、弾性率などの性能向上に引き続き注力し、航空宇宙などのハイエンド分野でのより高い材料要求に応えていく。他方では、生産コストの削減、工程の最適化による生産効率の向上、設備の改善などに注力し、炭素繊維の適用範囲を拡大し、より多くの民間分野での大規模な適用を推進していく。