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  • 國產大絲束碳纖維奮起直追
    來源:碳纖維研習社      發布時間:2021/01/11

    2021年1月6日   來源:碳纖維研習社

    2020年美日中碳纖維大廠的產品品牌和性能指標陸續公布了。從日本東麗與國內比較來看:

    1高強度碳纖維的小絲束產品(3K,6K,12K),除了T1100G我方依然在研,T300,T700,T800到T1000的性能已經基本達到東麗的水平——軍用戰斗機用碳纖維基本夠用。

    高強高模碳纖維的小絲束產品,除了M65J以上產品仍然在研和工程化之外,M70J,M40J,M46J,M50J,M55J,M60J的差距已經很小——衛星用碳纖維基本夠用。

    大絲束產品(24K-48K),特別是民用大飛機所用的大絲束碳纖維,東麗干噴濕紡的T700S、T800S、T1100G等均有24k規格,廣泛用于波音和空客系列大飛機的結構件制造。

    對比之下,我方產品線依然薄弱。首先,光威復材基本就是國內的小絲束之王,24K以上產品未進入核心產品品牌列表。江蘇恒神也差不多類似情形。其次,中復神鷹等公司雖有24K碳纖維產品譜系,但主要用于風電領域、工業容器、車輛和無人機領域,而非商用航空大飛領域。

    大絲束碳纖維之所以更加適合在商用大飛領域,一個重要原因是,PAN基碳纖維的價格在很大程度上是纖維絲束規格決定的。東麗3k小絲束產品成本為50-70美元/kg,6k規為40-50美元/kg,12K為不到30美元/kg。大絲束碳纖維在價格方面具有顯著優勢。當然,僅僅從技術原理上說,對于廣泛應用干噴濕紡工藝的國內小絲束碳纖維制造商而言,研制出與日方相同力學性能的大絲束碳纖維并非難事,但是大批量生產時的性能穩定性、一致性、可靠性和經濟性,才是考驗廠商的最大難點。

    傳統的碳纖維復材預浸料工藝和灌注工藝成本較高,而全球風電整機巨頭維斯塔斯(VESTAS)提出以拉擠碳纖維板材做為葉片大梁的拉擠工藝,大幅制造成本并帶動了碳纖維復合材料在風電葉片領域的大規模應用。近年來,得益于國內風電環保產業的急速擴張,國內廠商在軍用碳纖維快速發展的基礎上,也在向日益擴大的民用碳纖維領域發起沖擊。軍用碳纖維第一把金角椅的光威復材,2014年開始研發風電碳梁,2015年通過了VESTAS的認證,2016年裝機實驗成功。到2019年公司的碳梁產能生產線已經從30條增加到40條,產能從450萬米提高至600萬米,成為VESTAS的主要供貨商之一。但這仍然不是大絲束碳纖維的主戰場。

     要想真正深入開發24K-48K商用大絲束產品,要先從大絲束原絲開始。這就要看吉林化纖的了。2017年7月,吉林化纖集團下屬吉林碳谷碳纖維有限公司在24k原絲經驗基礎上,開始研究48K大絲束碳纖維原絲,2018年7月成功開發出48K碳纖維原絲的聚合、紡絲工藝技術,形成了千噸級48K碳纖維原絲技術工藝包。2018年8月的測試表明,48K碳纖維拉伸強度達到4000Mpa,拉伸模量達到240Gpa,層間剪切強度達到60Mpa。2019年5月,獲得國內首批120噸48K大絲束碳纖維原絲出口訂單。到2019年,“25K-50K聚丙烯腈基原絲及碳纖維關鍵技術和產業化開發”項目鑒定會認為,吉林化纖終于在國產24k-48K大絲束碳纖維的自主產業化方面取得實質性突破。

     此外,上海石化在大絲束碳纖維產品研發方面也不遑多讓。2012年9月,上海石化自行開發的國內獨有的NaSCN(硫氰酸鈉)濕法工藝和自主知識產權的成套技術。2016年5月,開始48K大絲束原絲工業化研究試驗。2018年1月,形成了千噸級PAN基48K大絲束碳纖維成套技術工藝包,3月試制出48K大絲束碳纖維并貫通工藝全流程,同年5月,裝置已累計生產原絲4286噸,生產碳纖維709噸。2020年上海石化擬投入約35億元人民幣建設2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年48K大絲束碳纖維項目。上海石化的難得之處在于,目前國內大部分PAN基碳纖維紡絲,都要進口日本東麗的DMSO溶劑。而上海石化是在國內獨有的NaSCN(硫氰酸鈉)濕法工藝和自主知識產權的成套技術基礎上發展的大絲束產品,獨創性更加徹底。 

    浙江精功集團2017-2018年研發的有效幅寬1米碳纖維微波石墨化生產線取得突破,常規T300/T400碳絲經過該生產線微波石墨化處理后,模量和強度均可提升10%-15%,最終產品品質等級達T700/T800。在國際上,石墨化大絲束碳纖維48K產品的拉伸模量可以達到295Gpa,已達到T800到T100碳纖維的模量水平,而普通的小絲束產品經微波石墨化后,能大批量的生產宇航級別的M40系列高模碳纖維產品。更低成本化的大絲束產品,也可以在航天領域和軍用戰斗機等傳統小絲束領域大顯身手。

    隨著國產大絲束碳纖維的技術進步和產能擴張,相信在不久的將來,我們將在體育休閑、汽車、壓力容器、風電等基礎民用行業之外,更多的看到,裝有中國大絲束碳纖維復合材料的商用航空大飛機,在全世界的天空展翅高飛,自由翱翔。

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