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湿法纺丝工艺再创新 威海拓展发力自主高性能碳纤维技术与产业体系建设
来源:全球纺织网  2020-06-15 13:47:26
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原文:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-9551.html
  在纺织行业,刚刚获批的国家先进印染技术创新中心,去年已经组建成立的国家先进功能纤维创新中心,与今年以来工信部先后批复组建的国家高性能医疗器械创新中心、国家集成电路特色工艺及封装测试创新中心、国家稀土功能材料创新中心,都是国家急需、又要重点实现技术突破的领域,事关制造强国的根基。
 
  实施“创新驱动发展战略”,抓住关键、补齐短板,这是国家发展的需要,具体而言也是解除一些核心技术面临被“卡脖子”风险的需要。如 以碳纤维为代表的战略性产业,必须实现自主可控,并且要发挥国家力量,有计划、有步骤地谋划发展。
 

 
  具有重要战略意义的碳纤维制备湿法纺丝工艺
 
  高性能聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是关系国家战略安全的军民两用新材料,长期受到国际社会的严格禁运,重点装备领域的研制与发展受到严重制约,而作为国防装备用碳纤维重要技术基础的湿法纺丝工艺更是国产碳纤维研究攻关中的关键技术短板。
 
  由于受碳纤维原丝制备技术的影响,直到上世纪末,国产碳纤维技术发展一直徘徊在无法实现产业化的低水平状态,国防装备的结构复合材料用碳纤维完全依赖进口,给国家安全和发展带来极大隐患,迫切需要研发满足我国重点领域高端装备需要的碳纤维国产化技术,实现关键材料的自主保障。
 

 
  PAN基碳纤维制备具有材料领域最长的工艺流程,包含聚合、纺丝、预氧化、碳化(石墨化)、表面处理等工艺环节。其中PAN溶液湿法纺丝工艺制备的碳纤维具有特有的表面沟槽结构,有利于提高作为结构材料用碳纤维树脂基复合材料的界面性能。我国以航空航天为代表的国防领域长期采用湿法纺丝工艺制备的碳纤维。因此,研发碳纤维制备的湿法纺丝工艺,在中国具有重要的战略意义和市场价值。
 
  “独创了一种碳纤维品种”,形成了湿法纺丝工艺为基础的系列产品
 
  威海拓展纤维有限公司以碳纤维复合材料制备为技术与产业基础,基于对国家关键战略材料国产化的执着,基于对产业链关键原材料实现自主可控的追求,投身PAN基碳纤维国产化技术攻关和产业化建设。
 

 
  在国家科技部、科工局、发改委和工信部等多部委科技与产业化计划支持下,在重点型号应用研制的牵引下,针对传统的二甲基亚砜湿法纺丝技术的纤维缺陷控制、纤维表截面形貌控制、多纺位/多丝束工艺状态一致性控制,以及满足高端应用需求的碳纤维性能/规格系列化技术研究等难题,威海拓展联合北京化工大学、复旦大学等科研单位,立足工艺技术的自主创新和原始创新,通过二甲基亚砜湿法纺丝工艺制备碳纤维原丝新技术、产业化技术的自主创新,结合关键装备的再创新,实现了多项关键技术突破——
 
  突破高品质纺丝液高效制备关键技术,解决高固含量高粘聚合物溶液的脱单脱泡难题;
 
  研制出洗/牵一体化组合式牵伸工艺与装备、自主创新多纺位纺丝新技术,有效提升了多纺位原丝质量一致性和稳定性;
 
  研发出具有温度梯度特征的高效原丝牵伸工艺与装备、实现碳纤维模量的有效调控,满足航空领域需要;
 
  研制成功热风交互式输送预氧化炉新技术,打破传统四温区模式,建立六温区新工艺,突破了3米幅宽预氧化生产设备高效长期稳定运行瓶颈;
 
  研发出新型低纤度PAN原丝纺丝技术、实现低纤度原丝的径向均质、轴向高取向的结构优化;
 
  研发出结构组合可控的纤维预氧化技术、解决了碳纤维中、高模量制备的技术难题;
 
  研发出集仿真设计、制造与运行管的国产化关键装备技术、解决不同模量碳纤维产业化质量一致性难题。
 
  通过系统的技术攻关,研制出基于拉伸强度的系列化技术与产品、基于拉伸模量的系列化技术与产品、基于丝束规格的系列化技术与产品,实现了高性能碳纤维规模化生产和规模化应用,建立起完整的基于湿法纺丝工艺制备高强碳纤维的技术研发与千吨级产业化体系。
 

 
  该项目研制生产的T300级、T800级碳纤维产品力学性能指标超过日本东丽公司的同类产品水平、性能稳定性与其相当;突破的多纺位状态下300m/min级纺丝速度,使产业化湿法纺丝速率提升1.5倍以上,为行业建立了创新自信。而原始创新的新型高强碳纤维产品,拉伸强度和模量达到日本东丽T700S碳纤维水平,复合材料界面性能优于该产品(东丽只有干湿法的T700级,没有湿法T700级),专家鉴定认为:“ 独创了一种具有T700级碳纤维的高强和T300级碳纤维优异表面结构性能的碳纤维品种”。
 
 
 
  以强大实力践行国产碳纤维发展战略
 
  威海拓展基于湿法纺丝工艺的稳定化碳纤维产品已广泛应用于航空、航天、兵器、电子等国防建设,风电等工业高端装备以及土木工程等领域,是我国国防领域用碳纤维主力供应商、航空领域第一优选且最大的供应商,不但解决了结构用碳纤维国产化的“有无”、“可用”与“好用”问题,打破了国外在该领域的垄断,实现了国产关键战略材料的自主保障,而且也成为国际风电龙头企业-Vestas在中国最大的碳梁供应商。 威海拓展以自己的不懈努力,践行了“关键技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中,才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全”,坚持走关键技术自主可控发展道路。
 
 
 
  对于“基于湿法纺丝工艺的高强PAN基碳纤维产业化制备技术”,专家鉴定认为:“项目立足原始创新和自主创新,实现了基于DMSO间歇聚合、湿法纺丝的自主创新,规模化稳定制备高强/高强中模PAN基碳纤维,涵盖GQ3522(T300级)、GQ4522 (T700级)和QZ5526(T800级)系列产品,支撑了国防关键批产型号的复合材料应用。总体成果达到国际先进水平”。 该项目荣获2019年度中国纺织工业联合会科学技术进步一等奖。
 
 
 
  一贯重视知识产权战略的威海拓展,在PAN湿法纺丝制备高性能碳纤维领域,获授权国家发明专利11项,实用新型专利18项,并牵头编制了我国第一部《聚丙烯腈基碳纤维》国家标准,制定了系列企业产品标准。
 
  面对碳纤维这一十分重要且前景远大的朝阳行业,威海拓展将秉持“ 振兴民族产业,坚持实业报国”宗旨,继续以技术创新为核心,不断提高自身实力,努力打造成为具有全球竞争力的碳纤维全产业链制造商。
文章来源:http://chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-246-9551.html