打破国外30年封锁!细如发丝却比钢强,我国碳纤维又实现了历史性的突破!

材料技术观察 2023-09-04
1788 字丨阅读本文需 5 分钟

我国碳纤维又实现了历史性的突破!

中新网报道,青海西宁的中复神鹰作为全球最大的高性能碳纤维基地,在今年全面投产2.5万吨T1000级碳纤维。

“碳纤维是一种神奇的材料。”在中国建材集团中复神鹰党委书记、副总经理罗皞宇看来,材料是制造业的基础,而碳纤维相关产品广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域,其重要性不言而喻。

之所以应用如此广泛,与碳纤维的特性有关。

碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性,密度比铝低,强度比钢高,比不锈钢耐腐蚀,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维。

一束1米长的SYT65(T1000级)碳纤维,重量只有0.5克,但其强度可以承担500公斤左右的力量。手指粗的一束碳纤维,就可以拉动两架飞机。

此外,用碳纤维制作的超轻自行车车架,仅用两根手指就可抬起;即便将碳纤维放入具有强腐蚀性的“王水”中也是“波澜不惊”,肉眼难以观察到明显反应。

与如此优质特性对应的,是碳纤维复杂的生产工艺流程。

公开资料显示,生产碳纤维要经过上百道工序,三百多项关键技术、三千多个工艺参数,经过十多个系统的集成才能制作完成。因此,碳纤维也被称为“材料皇冠上的明珠”。

被卡脖40年,日媒:中国100年也造不出来

40年前,我国举全国之力,碳纤维的年产量也仅仅只有50公斤,根本无法满足国内上万吨的需求,进口成为唯一的“出路”。

数据显示,彼时全球80%的碳纤维市场均掌握在美日手中,仅1家外企的年产量便是我国的260倍。相关外企吃准了我国“造不出”,将碳纤维的价格抬至250万/吨,并口出狂言“这是赏给你们的”。

核心技术的缺乏,让我国只能忍下这个“哑巴亏”,但谁也想不到,此后美方会数次以此“卡住”我国制造业发展。资料显示,1996年,美方颁布《瓦森纳协定》,限制我国从任何渠道进口高性能碳纤维材料。2005年,碳纤维彻底断供,“一丝难求”成为常态。

落后就要“挨打”,同样的困境在我国屡屡上演,工业、生科等多个尖端领域接连失守。以美国为代表的西方国家,凭借盾构机技术,向我国要价7000万1台,还经常颁出“限购令”搪塞一番;为防止手撕钢技术被偷走,美方严令禁止我国研究人员参观工厂。

虽然我国科研团队从未放弃过自主研发,但结果却不尽人意。据统计,21世纪初期,我国40余家企业加入碳纤维的研发,累计投资超300亿,最终近30家企业宣告“倒闭”。外媒纷纷表示“你们注定只能买我们的产品。”

“贫穷落后遭挨打,弱肉强食口中餐”,过去的几十年里,我国没少在科技这条路上受欺辱。

成功摘下这颗“明珠”

为摘下这颗“材料皇冠上的明珠”,研究人员经历了艰难的研发过程。

我国碳纤维研发始于20世纪60年代初,但关键核心技术却多年未能取得突破,导致相关产品严重依赖进口。

另一方面,掌握核心技术的“碳纤维强国”,对我国需要的碳纤维实行“技术、装备、产品”三封锁。中国研发人员只好“另辟蹊径”。

2005年9月,中复神鹰正式启动碳纤维项目,此后相继攻克了高温牵伸机、湿法纺丝工艺百吨线、千吨线原丝制备和碳化工艺等全流程的关键技术。2007年,中复神鹰产业化生产的第一批碳纤维下线;2008年其建成了千吨SYT35(T300级)碳纤维生产线。

2006年-2012年,中复神鹰主要从事湿法工艺T300碳纤维的研发和生产,建成千吨SYT35(T300级)碳纤维生产线,并实现稳定生产。

然而,从T300碳纤维“升级”到SYT65(T1000级)碳纤维,却远不如想象中的容易。甚至,企业在研发高潮阶段“每天‘烧’掉一辆桑塔纳”。

中国建材中复神鹰西宁公司总经理连峰告诉记者,在此期间,公司每天投入都达到“大几十万”。“因为前期投入大量的研发费用,又没有新的产品,所以这是我们发展‘最黑暗的时期’,每天都在亏损。”

经过无数次失败,2008年,中复神鹰千吨碳纤维生产线正式投产。2012年,中复神鹰首个干喷湿纺千吨级T700生产线建成投产,成为当时国内最大、技术最先进的高端碳纤维生产线。2018年,中复神鹰牵头完成的“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”项目荣获国家科技进步一等奖。

中国人用世界上先进的干喷湿纺技术,成功做出了“中国碳纤维”。

国内市场前景无限

目前中国已经成长为全球碳纤维最大的市场,这对国内的生产企业来说,既是动力也是无限的前景。

蓬勃发展的国内航空航天、轨道交通、新能源等产业为碳纤维行业输送血液。如我国C919的叶片就使用了该复合材料,要比传统钛合金轻500公斤;高铁车头、外壳等应用可以起到减重、阻燃、加强硬度等作用。

据统计,今年仅风电叶片这一领域的碳纤维需求量就有6万吨,预计2025年将增加到9.3万吨,和高铁都是需求量最大的领域之一,而中国分别占据了全球1/2、2/3的市场规模。

这些高新技术产业在不断推动国内碳纤维技术的发展,在广阔的市场前景下,突破世界前端级别指日可待。

文章来源: 真猫爷的渔场,运筹帷幄的柑橘,中国建材集团,

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