Antecedentes e importância da investigação e desenvolvimento: A fibra de carbono é um novo material de fibra de alta resistência com um teor de carbono superior a 95%. Devido às suas excelentes propriedades, tais como elevada resistência, leveza e resistência à corrosão, é conhecida como o "ouro negro" e é um material ideal para aplicações de equipamento leve. O desenvolvimento da fibra de carbono pode ajudar a promover a modernização das indústrias relacionadas e a melhorar o desempenho dos produtos, como a redução do peso das aeronaves e o aumento da eficiência do combustível no sector aeroespacial; no sector automóvel, é possível obter leveza e reduzir o consumo de energia.

Processo de investigação e desenvolvimento: A investigação e o desenvolvimento da fibra de carbono na China começaram relativamente tarde e dependiam das importações, enfrentando um problema de estrangulamento. Em 2005, a fibra de carbono de grau CCF-1 desenvolvida pelo Grupo Guangwei foi aprovada no "Programa 863" nacional de aceitação especial de fibra de carbono, marcando a primeira fibra de carbono industrial da China. Em 2011, o projeto de 5000 toneladas de precursor de fibra de carbono do Jilin Chemical Fiber Group foi concluído e colocado em funcionamento, sendo pioneiro na produção em grande escala de precursor de fibra de carbono na China. Desde então, as empresas nacionais têm superado continuamente as dificuldades técnicas, como o Jilin Chemical Fiber Group, que desenvolveu sucessivamente 25K, 35K, 48K, 50K e outros grandes feixes de fibras, e melhorou o sistema de produtos de fibra de carbono. Em 2022, a primeira linha de produção nacional para o projeto de fibra de carbono de grandes feixes de fibras 48K da Sinopec Shanghai Petrochemical foi colocada em funcionamento e foram produzidos produtos qualificados. O desempenho do produto era comparável a produtos similares fora dos Estados Unidos, e a qualidade atingiu o nível avançado internacional de 5.

Investigação e desenvolvimento de tecnologias-chave 5:

Tecnologia de produção de seda crua: A qualidade da seda crua é um dos principais factores que determinam o desempenho da fibra de carbono. A investigação e o desenvolvimento têm de abordar questões como a viscosidade instável, o elevado teor de impurezas das bolhas, a elevada finura da fiação, a baixa resistência e o excesso de fibras, a fim de obter fibras precursoras de poliacrilonitrilo (PAN) de elevada qualidade.

Tecnologia de carbonização: A seda crua é submetida a vários processos, como a oxidação, a carbonização a baixa temperatura e a carbonização a alta temperatura. Sob proteção de gás inerte, sofre decomposição térmica e polimerização por retração térmica, formando uma estrutura de grafite de camada desordenada de fibras de carbono, resultando, em última análise, num teor de carbono superior a 90% no produto. O controlo do campo de temperatura é uma tecnologia fundamental neste processo.

Aplicação dos resultados de I&D 1:

No domínio da energia eólica, as placas extrudidas de fibra de carbono podem ser utilizadas para as vigas principais das pás das turbinas eólicas, tornando-as mais leves e mais eficientes. As placas extrudidas de fibra de carbono do Jilin Chemical Fiber Group para vigas principais de pás de turbinas eólicas têm uma quota de mercado superior a 90% no mercado nacional de energia eólica.

No domínio do equipamento desportivo, pode ser transformado em raquetes de badminton, esquis, tacos de hóquei no gelo, etc. O equipamento desportivo produzido pelo Jilin Chemical Fiber Group foi colocado no mercado.

No domínio das máquinas de construção, a Zoomlion desenvolveu de forma independente a "Tecnologia de estrutura híbrida metálica de alta resistência composta de fibra de carbono". O camião-bomba com braço de fibra de carbono produzido internamente utilizando esta tecnologia foi revelado, concretizando a autonomia total da cadeia de materiais compósitos de fibra de carbono desde as matérias-primas até aos processos de fabrico, melhorando as capacidades de operação do equipamento e reduzindo os custos de produção.

Futura direção de investigação e desenvolvimento: Por um lado, continuaremos a concentrar-nos na melhoria do desempenho da fibra de carbono, como a resistência, o módulo, etc., para satisfazer os requisitos mais elevados dos materiais em áreas de ponta, como a aeroespacial; por outro lado, concentrar-nos-emos na redução dos custos de produção, melhorando a eficiência da produção através da otimização dos processos, da melhoria do equipamento e de outros meios, expandindo o âmbito de aplicação da fibra de carbono e promovendo a sua aplicação em grande escala em mais áreas civis.