本刊記者-郭春花
融合發展,共享化纖前沿技術 |
“先進復合材料及輕量化材料應用高層論壇”暨“中國化纖科技大會(泉州2019)”舉辦 本刊記者-郭春花 當前,纖維材料已成為全球發展最快和最活躍的科學技術領域之一,纖維材料領域的高科技正推動著纖維材料迅速并帶有顛覆性的發展。專家指出,未來中國紡織服裝品牌發展將主打科技牌,如何打好這張牌,纖維材料將發揮重要作用。為共享纖維材料領域最新科技進展,“先進復合材料及輕量化材料應用高層論壇”與“中國化纖科技大會”已聯手舉辦五年,致力于傳播化纖產業鏈上下游的最新技術成果和前沿技術,逐漸發展成為中國化纖科技界高規格、高層次、高水平的學術性、技術性盛會。 6月21~22日,由中國工程院環境與輕紡工程學部、中國化學纖維工業協會、中國紡織工程學會聯合主辦,泉州市人民政府支持,中國紡織工程學會化纖專業委員會、中國化學纖維工業協會相關專業委員會及分會承辦的“先進復合材料及輕量化材料應用高層論壇”暨“中國化纖科技大會(泉州2019)”在泉州舉辦。 中國紡織工業聯合會原會長王天凱,中國紡織工業聯合會副會長、中國化學纖維工業協會會長端小平,中國工程院院士蔣士成、俞建勇,國家發展和改革委員會巡視員王東、干部張曙光,中國工程院環境與輕紡工程學部孫嘯濤,工業和信息化部原材料司副處長羅其明、消費品工業司副處長縱瑞龍,中國紡織工程學會副理事長龔進禮,中國化學纖維工業協會副會長賀燕麗、陳新偉、趙向東,中紡聯辦公室主任段紅,中國紡織工業聯合會科技部副主任王玉萍,泉州市人民政府副市長呂剛、工業和信息化局局長黃國富等領導,以及來自紡織化纖領域的專家、學者、科研骨干、企業代表以及關注紡織化纖及相關領域的業界同仁共500人參加會議。 科技催生新一代纖維產業體系建立 今年是新中國成立70周年,70年來,科技進步日新月異,創新驅動成效突出,讓我們國家一步一步變得更加繁榮和富強,中華民族迎來了從站起來、富起來到強起來的偉大飛躍。從“科學技術是第一生產力”到“創新是引領發展的第一動力”,從實施科教興國、人才強國戰略到深入實施創新驅動發展戰略,我國科技步入快速發展軌道,成為具有全球影響力的科技創新大國。 蔣士成在致辭中提到,我國是一個化纖生產大國,新時代下正在向化纖強國邁進。2018年,我國化纖產量達5000萬噸,占世界化纖總量的70%以上,化纖工業的強國地位初步顯現。目前,我國纖維新材料,特別是高新技術纖維的研究技術水平取得了很大進展,與發達國家先進水平的差距大幅縮小。高新技術纖維品種逐步拓展,主要產品品種已基本覆蓋,且產量逐步提高,部分產品也已達國際先進水平。生物基化學纖維快速發展,產業化關鍵技術不斷突破,產品種類增速,產品經濟性增強,顯示出強有力的發展勢頭。通用纖維的高性能化、功能化和產業化達到國際領先水平。 但蔣士成提到,和國外水平相比,我國化纖面臨著自主創新能力不足,高新技術纖維核心技術和關鍵設備及應用開發都亟待突破,生物基化學纖維關鍵原料與核心菌種還受制于國外,裝備及原料不配套,國際依存度高,競爭能力不強,纖維材料自主品牌和營銷網絡建設亟待加強等不利因素制約著我國化纖行業發展。未來,我國化纖行業亟待加強應用基礎研究,拓展實施國家重大科技項目,突出關鍵共性技術、前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新,為建設科技強國、質量強國、航天強國、網絡強國、交通強國、數字中國、智慧社會提供有力支撐。 當前,纖維材料已成為全球發展最快和最活躍的科學技術領域之一,先進纖維材料領域的科技革新正推動產業發生顛覆性變化,并催生新一代纖維產業體系建立,高性能、多功能、智能化、綠色纖維已超越傳統纖維產業,成為航天軍工、先進制造業、智能與功能、醫療健康、安全與防護、新能源等領域的關鍵戰略材料。 近幾年,國務院、發改委、工信部、科技部等有關部委發布了《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》、《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《〈中國制造2025〉重點領域技術路線圖》、《工業強基工程實施指南(2016—2020年)》、《關于加快新材料產業創新發展的指導意見》《增強制造業核心競爭力三年行動計劃(2018-2020年)》等系列產業發展規劃,進一步明確了關鍵基礎材料產業發展的目標和任務。在高性能纖維材料方面,重點發展高性能碳纖維、對位芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、碳化硅纖維等產品;在生物基化學纖維材料方面,重點發展新型溶劑法纖維素纖維、聚乳酸纖維、聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維、生物基聚酰胺纖維等產品;在紙基新材料方面,重點發展航天航空、軌道交通、無人機制造等領域用紙基新材料;在高端產業用紡織材料方面,重點發展土工建筑紡織材料、高端醫衛非織造材料及制品、高性能安全防護紡織材料、高溫過濾紡織材料等產品。整合新材料產業優勢資源,鼓勵上下游企業和產學研聯合攻關,集中力量重點突破核心技術的產業化應用。 重視創新,加大可持續發展 會上,端小平作主旨報告。他從可持續發展的定義與內涵、行業所面臨的資源與環境背景、支撐可持續發展的技術體系等方面分析了可持續發展的重要性、必要性、緊迫性,并就與可持續發展相關的幾點——創新、智能制造、塑料微粒及解決方案、材料科技與綠色發展、人才與研發等和現場嘉賓進行了交流。 化纖工業要實現可持續發展,既要滿足當代人的需要,又不可對后代人滿足其需要的能力構成危害,同時需不斷提高生存和競爭能力,以避免被市場淘汰。要把兩者兼顧好是對行業智慧的考驗,適者才能生存。端小平從協會的工作創新談起,對什么是創新、為什么創新、怎么創新進行解讀,指出在現在相對困難的大環境下,創新更為重要。創新首要的是科技,在紡織化纖領域,需要整個產業鏈上下游協同合作,共同推動科技的進步。同時,創新不能與趨勢作對,不能與潮流作對。目前,化纖行業的大趨勢是:產業鏈整合、龍頭效應、細分為王(在細分市場要做到最好),還包括智能制造、綠色制造、品牌制造等。如果企業不屬于這些趨勢中的一種,那就要引起注意了。 結合化學纖維發展面臨的資源與環境問題,端小平談到了當今全球關注的新焦點:海洋垃圾——塑料微粒。國際第三方研究機構認為,全球“海洋微塑料污染”大多來自于紡織品,這些因素嚴重制約了合成纖維的可持續發展。在端小平看來,要解決這些問題,就要在生物來源、循環再利用、生物降解、綠色制造四個方面下功夫。 在研發和人才方面,端小平呼吁,企業要對人才、對研發給予更多的重視。他說,產品是可以復制的,但是日積月累形成的產品研發體系和模式是很難復制的?,F在很多企業都有創新研發中心,但不少企業給研發部門制定了短期研發目標,這是不可取的,研發需要日積月累,不能急功近利,不能給研發人員設置短期目標,同時企業要儲備人才,留住人才,要做一些前瞻性研究,以免被新技術、新進入者顛覆。 助推綠色發展再上新臺階 綠色發展目前已成為行業大勢。2016年,中國化纖工業協會順勢而為,開展了綠色纖維認證(以下簡稱CF認證)工作,如今已取得了可喜的成績。會上,賀燕麗介紹,目前綠色纖維認證企業已達27家,還有一些企業正在申請中;認證產品覆蓋再生滌綸,Lyocell纖維、殼聚糖纖維、PTT纖維,原液著色錦綸、滌綸、丙綸、芳綸、聚酰亞胺纖維等。2019年,編制發布了綠色纖維評價團體標準,引入中紡標作為第三方認證機構,修訂了章程,完善了程序,建立了中國化學纖維工業協會·東錦綠色纖維推廣基金,GF認證更加科學規范,在紡織業界的影響力日益擴大。 賀燕麗介紹了《綠色纖維認證三年行動計劃(2020-2022年)》。今后三年,行業將加大對GF認證持續不斷的的宣傳推廣力度,使約100家以上化纖企業達到GF認證的要求并通過認證。通過GF認證的化纖企業的隊伍不斷壯大,工藝、技術和品質水平不斷提高,產品品種規日益豐富,消費量大幅提升,認證的方式和規則更加科學規范,綠色制造和環境保護再上一個新的臺階。賀燕麗表示,未來,協會將從七個主要方面推進綠色纖維認證工作:一是進一步完善綠色纖維標志認證的核準程序;二是規范化纖企業綠色纖維認證下游企業的推廣程序;三是進一步加大綠色纖維標志的宣傳推廣力度;四是建立和完善綠色纖維標志產品的評價體系;五是進一步提升企業的科技創新水平;六是推動綠色纖維標志認證與政府、金融界綠色發展專項相融合;七是按年度發布綠色纖維標志年度報告,推動綠色纖維標志產品手冊通過形式審查、產品檢測、現場檢查和綜合評定, 此次會議還為煙臺泰和新材料股份有限公司、杭州奔馬化纖紡絲有限公司、中紡院綠色纖維股份公司、廣東蒙泰高新纖維股份有限公司、江陰市華宏化纖有限公司、福建省長樂市立峰紡織有限公司6家企業頒發“綠色纖維認證”牌匾。 會議舉行了“中國化學纖維工業協會·恒逸基金”優秀論文頒獎典禮、“中國化學纖維工業協會·三聯華鼎卓越基金”杰出工程師和杰出技術工人頒獎典禮、綠色纖維企業授牌儀式,并發布了2018年中國化纖行業產量排名結果。 在隨后進行的專題報告學術交流上,西南交通大學材料學院教授周祚萬作題為“纖維素纖維漿制備技術及TBAE系溶劑法纖維素纖維紡絲工程化研究”的報告;東華大學信息科學與技術學院教授郝礦榮作題為“基于大數據感知及學習的化纖行業人工智能建設”的報告;巴陵石化股份有限公司高級工程師李先華作題為“錦綸產業鏈的煉化一體化——我國己內酰胺最新技術及進展”的報告。 會議還舉辦了前沿制造技術與聚酯產業鏈創新發展科技論壇、綠色制造與生物基化學纖維科技發展論壇、高新技術纖維專業委員會年會暨高性能纖維與先進技術紡織品發展論壇、再生纖維素纖維行業最新技術及應用對接論壇、煤制乙二醇聚酯行業交流論壇、煤制乙二醇產品聚酯行業應用研討會、中國化學纖維工業協會循環再利用化學纖維分會年會、錦綸行業規范賒銷總結會等平行論壇。 纖維材料科技革新 推動產業顛覆式跨越 此次大會以“科技驅動、融合發展、共享未來”為主題,邀請各領域專家學者帶來精彩報告,為推動纖維材料產業科技進步與高質量發展提供助力。 碳纖維如何助力交通工具輕量化? 中國商飛北京民用飛機技術研究中心副總設計師徐吉峰:復合材料比強度、比剛度高,可設計性強,可實現飛機燃油效率提高20%;抗疲勞、耐腐蝕,可以增進結構效率,在民用飛機上已有大量應用,其在民用飛機主結構上的應用需求引領了航空復合材料研究和發展的趨勢,可提高飛機的安全性、經濟性、舒適性和環保性,故復合材料和其他新材料的研究也越來越重要。 但是復合材料結構的各向異性和脆性特性使得其在受載變形、損傷機理和破壞形式等方面與常規的金屬材料都有顯著差異。復材本身具有的有各向異性力學性能,給設計分析工作帶來困難。相比傳統金屬結構,復合材料在飛機上應用面臨新的技術挑戰,一系列關鍵技術待突破,如連接分析、穩定性、損傷容限、適墜性、大開口、閃電防護、防火耐燃、防除冰、層間分析等。 未來飛機設計將采用突破性的機身和推進技術,減少氣動阻力,節約燃料; 注重提高安靜環保性、舒適性;以超音速、超高音速飛行,結構高溫效應明顯。這就需基于先進材料的一體化結構設計,如功能復合材料要求更輕、更耐損、更耐高溫;隨著計算機性能提高,將實現總體、氣動、結構、材料在同一框架下綜合優化等。 中車青島四方機車車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁:當前,高鐵面臨兩個最大的困境,一是保證安全,要求使用材料提高耐疲勞、耐腐蝕性。二是提高效率,同樣的車拉更多的乘客,讓車更輕一點,這就需要輕量化材料案。 軌道車輛未來的發展是要追求高速、高效、綠色、智能,研制時速600公里高速磁浮、時速400公里以及上動車組、雙層動車組,這些都需要更輕更強的材料??傊?,以輕量化為核心的綜合解決方案,是未來技術的基礎;同時要提效能,以應對傳統材料日益突顯的瓶頸,材料需輕量化、減沖擊、提載重、高耐候、高可靠、高可用、高壽命、少維護。這將為CFRP技術應用推廣提供難得的契機。 基于此,建議行業主管部門加強CFRP復材產業推進及協調力度,相關企業與機構有序推進,提高生存及發展能力;積極爭取高鐵CFRP應用技術的國家項目,爭取相關標準研究、整車研制及示范工程項目盡早立項。CFRP復材以其輕量化、高強度、抗腐蝕、耐高溫等性能優勢,可解決高速列車面臨的諸多技術問題,經長期科學探索,必將克服各種技術經濟困難,得到廣泛應用。 國際汽車輕量化綠色科技聯盟執行會長陳平生:面對日益嚴峻的油耗法規,世界各國車企都在采取積極的措施以推動汽車產品的節能減排,以燃油汽車為例,通過輕量化使得整車減重10%,可降低油耗6%~8%、排放減少10%、制動距離減少5%、加速時間減少8%、加速時間減少8%、輪胎壽命提高7%,疲勞壽命顯著提升,并且更能提升整車安全性能。 2018年全球汽車輕量化市場7172億,預計2020年全球汽車輕量化市場將達到12416.6億。未來三年,中國汽車輕量化市場將達到5000億,其中新能源汽車輕量化市場350億。那么,實現新能源汽車輕量化技術的路徑是什么?需要更安全、更節能、更環保、智能制造模塊化集成,通過零部件結構設計優化與CAE模擬分析、高強輕量化材料及先進制造技術量化應用,實現量產車型的輕量化。 碳纖維在能源、制造業等領域有哪些應用進展? 江蘇澳盛復合材料有限公司技術總監嚴兵:葉片是風機的關鍵部件,涉及結構、氣動、工藝等領域。葉片的長度和風機的功率成正比,功率越大,葉片越長。由于現有材料不能很好滿足大功率風力發電裝置的需求,玻璃纖維復合材料性能已經趨于極限,因此,在發展更大功率風力發電裝置和更長轉子葉片時,采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行。而當葉片超過一定尺寸后,碳纖維葉片反而比玻璃纖維葉片便宜,因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。 綜合考慮風電機組的全生命周期,碳纖維的應用前景將更加廣泛。但是還需要正確看待碳纖維材料在應用中存在的問題,未來應將研究重點放在大絲束碳纖維、工藝創新、熱塑性碳纖維復合材料葉片、碳纖維復合材料的回收等方面。 沈陽斯林達高壓容器有限公司總經理姜將:碳纖維纏繞氣瓶的應用領域主要有航空航天用高壓氣瓶、呼吸器用氣瓶、車用氣瓶、運輸用氣瓶等,并已經有了商業化應用,如2008年奧運會車用儲氫氣瓶、2010年上海世博會車用儲氫氣瓶以及2016年上汽榮威950 70MPa國內唯一乘用車應用等。目前,斯林達正在研究70MPa車用Ⅲ型儲氫瓶、70MPa車用Ⅳ型儲氫瓶的關鍵技術及應用。 東華大學纖維材料改性國家重點實驗室副主任余木火:中國制造業有巨大潛在市場,有望引領輕量化復合材料產業發展。輕量化復合材料在制造業應用及其關鍵技術發展主要有以下幾個趨勢:一是全球碳纖維、芳綸不斷擴產能,成本不斷下降;二是碳纖維、芳綸制造技術不斷進步,成本不斷降低;三是碳纖維、芳綸性能不斷提高;四是復合材料自動化量產技術發展迅猛;五是各行業開始嘗試使用復合材料,在中國,風電、大型客機、高鐵汽車(氫氣瓶、電池盒、傳動軸、輪轂、板簧)、建筑、海洋、化工等行業已走在應用前列;六是針對目標零部件,研發全產業鏈低成本化技術體系,將給予細分市場龍頭企業很大機遇。 復合材料在制造業中大規模應用的關鍵技術是低成本化。圍繞低成本化的實現途徑,東華大學目前正在對CFRP車身底盤電池盒一體化結構的研究、熱塑性復合材料預浸料的工業化生產及應用、CFRP電池盒結構的設計(低成本+自動化量產+輕量化)、電池盒專用預浸料(室溫儲存+快速固化+阻燃)以及CFRP高鐵轉向架等進行研發。 碳纖維未來的發展趨勢是什么? 吉林化纖集團董事長宋德武:在生產過程中,要從高純化、致密化、細晶化、均質化等方面保證纖維性能。原因在于,優質原絲是制備高性能碳纖維的首要條件,雜質缺陷最少化可提高強度,原絲、預氧絲、碳纖維均質化,可使纖維結構和性能徑向分布基本均勻,沒有明顯的皮芯結構,縮短預氧化時間,提高效率,可降低碳纖維成本。 未來,碳纖維企業在產業鏈上分工會更加細致,大絲束會越來越凸顯,細旦化、差別化是方向,原絲生產越來越受到重視。基于此,建議一是支持連續生產、具有規模的碳纖維制造者,只有產業化、規?;拍艽龠M質量進步、成本降低;二是市場化同時差別化,突出各自特性需要差別化,實現高效應用、降低成本;三是完善生產、應用、檢測等標準;四是工藝技術消化與加工裝備能力提升,加快裝備國產化速度;五是碳纖維及復材是一門復雜科學,要依靠靠產業基礎以及市場開發,找對人、做對事;六是碳纖維產業運行需要關注安全與環保。 蘇州華特碳纖維有限公司總經理熊飛:與傳統車身材料相比,碳纖維復合材料具有優異的力學性能、靈活的結構設計以及良好的耐腐蝕性能等特點,在汽車領域有著非常廣泛的應用,如車身、底盤、內飾、外飾、動力系統等。目前,碳纖維的應用車型主要有寶馬I3/I8、奔馳SLK200碳纖維限量版、通用科爾維特、福特GT2016、奧迪新版Q6e-TRON等。 |
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