История и значение исследований и разработок: Углеродное волокно - это высокопрочный новый волокнистый материал с содержанием углерода более 95%. Благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая прочность, легкость и коррозионная стойкость, оно известно как "черное золото" и является идеальным материалом для облегчения оборудования. Разработка углеродного волокна может способствовать модернизации смежных отраслей и улучшению характеристик продукции, например, снижению веса самолетов и повышению эффективности использования топлива в аэрокосмической отрасли; в автомобильной отрасли можно добиться облегчения веса и снижения энергопотребления.
Процесс исследований и разработок: Китайские исследования и разработки углеродного волокна начались сравнительно поздно, и раньше они зависели от импорта, сталкиваясь с проблемой узких мест. В 2005 году углеродное волокно марки CCF-1, разработанное компанией Guangwei Group, прошло национальную "Программу 863" по специальной приемке углеродного волокна, ознаменовав собой первое промышленное углеродное волокно в Китае. В 2011 году был завершен и введен в эксплуатацию проект по производству 5000 тонн прекурсора углеродного волокна компании Jilin Chemical Fiber Group, которая стала пионером крупномасштабного производства прекурсора углеродного волокна в Китае. С тех пор отечественные предприятия постоянно преодолевают технические трудности, как, например, Jilin Chemical Fiber Group, которая последовательно разработала 25K, 35K, 48K, 50K и другие крупные пучки волокон, а также усовершенствовала систему производства углеродного волокна. В 2022 году была введена в эксплуатацию первая отечественная производственная линия для проекта углеродного волокна 48K с большим пучком волокон компании Sinopec Shanghai Petrochemical, и была выпущена квалифицированная продукция. Характеристики продукции были сопоставимы с аналогичными продуктами за пределами США, а качество достигло международного передового уровня 5.
Исследование и разработка ключевых технологий 5:
Технология производства шелка-сырца: Качество шелка-сырца является одним из ключевых факторов, определяющих характеристики углеродного волокна. Для получения высококачественных волокон-предшественников полиакрилонитрила (ПАН) необходимо решить такие проблемы, как нестабильная вязкость, большое количество пузырьковых примесей, высокая тонкость прядения, низкая прочность и избыточное количество волокон.
Технология карбонизации: Шелк-сырец проходит несколько процессов, таких как окисление, низкотемпературная карбонизация и высокотемпературная карбонизация. Под защитой инертного газа он подвергается термическому разложению и термоусадочной полимеризации, образуя неупорядоченную слоистую графитовую структуру углеродных волокон, что в конечном итоге приводит к содержанию углерода в продукте более 90%. Управление температурным полем является ключевой технологией в этом процессе.
Применение достижений НИОКР 1:
В области ветроэнергетики экструдированные плиты из углеродного волокна могут использоваться для изготовления главных балок лопастей ветряных турбин, делая их более легкими и эффективными. Экструдированные плиты из углеродного волокна для главных балок лопастей ветряных турбин занимают более 90% на внутреннем рынке ветроэнергетики.
В области спортивного оборудования из него могут быть изготовлены ракетки для бадминтона, лыжи, клюшки для хоккея и т. д. Соответствующее спортивное оборудование, произведенное Jilin Chemical Fiber Group, уже поступило на рынок.
В области строительной техники компания Zoomlion самостоятельно разработала "Технологию гибридной структуры из композитного углеродного волокна с высокой прочностью металла". Представлен грузовой автомобиль с углепластиковым манипулятором отечественного производства, использующий эту технологию, что позволило реализовать полную автономность цепочки композитных материалов из углепластика от сырья до производственных процессов, улучшить эксплуатационные возможности оборудования и снизить производственные затраты.
Будущее направление исследований и разработок: С одной стороны, мы будем продолжать фокусироваться на улучшении характеристик углеродного волокна, таких как прочность, модуль упругости и т.д., чтобы соответствовать более высоким требованиям к материалам в таких высокотехнологичных областях, как аэрокосмическая промышленность; с другой стороны, мы будем фокусироваться на снижении производственных затрат, повышении эффективности производства путем оптимизации процессов, улучшения оборудования и других средств, расширении сферы применения углеродного волокна и содействии его широкомасштабному применению в более гражданских областях.
