碳纖維是國民經濟和國防建設不可或缺的戰略性新材料,是先進復合材料最重要的增強體之一,技術含量高,輻射面廣,帶動力強,廣泛應用于航空航天、能源裝備、交通運輸、建筑工程、體育休閑等領域。
為加強行業交流,推動碳纖維編織/成型加工技術的發展,提升碳纖維制品性能,滿足國防建設和國民經濟各領域的需求,進一步促進紡織行業科技進步,11月26日,由中國紡織工業聯合會科技發展部、紡織之光科技教育基金會和紡織工業科學技術發展中心主辦的“紡織之光”碳纖維編織/成型加工技術及應用科技成果推廣活動在山東省威海市舉辦。該活動的協辦單位有威海市發展和改革委員會、威海臨港經濟技術開發區管理委員會、碳纖維制備及工程化國家工程實驗室、山東省碳纖維技術創新中心、青島大學材料科學與工程學院。
活動邀請了眾多紡織產業鏈相關領域的專家,會議主題聚焦以碳纖維為代表的高性能纖維及復合材料在運載火箭、衛星、大運飛機和高端國防軍工高端裝備上的應用,同時也聚焦在高壓輸電纜、裝備制造、交通運輸、新能源汽車、醫療、風電、體育休閑等領域的應用;并探討如何建立從原絲→碳纖維→預浸料/編織/成型→最終產品的全產業鏈對接,滿足國防建設和國民經濟各領域的需求,推動以碳纖維為代表的高性能纖維及其復合材料產業的發展。
中國紡織工業聯合會黨委書記兼秘書長高勇,副會長李陵申,中紡聯副秘書長、科技發展部主任、紡織之光科技教育基金會副理事長彭燕麗,中紡聯科技發展部副主任王玉萍,紡織之光科技教育基金會秘書長張翠竹,威海市發展和改革委員會副書記、副主任張愈,威海臨港經濟技術開發區黨工委委員、管委會副主任蔡曙光,碳纖維制備及工程化國家工程實驗室主任、威海光威復合材料股份有限公司首席科學家李書鄉,山東省碳纖維技術創新中心副主任、威海拓展纖維有限公司總經理叢宗杰,紡織相關科研院所和高等院??蒲胸撠熑?、全國碳纖維生產、編織、成型加工生產企業相關技術人員及管理人員、行業重點實驗室負責人、行業技術創新中心負責人等120人參加會議。會議由李陵申、彭燕麗、王玉萍分別主持。
李陵申主持領導講話環節。
高勇在致辭中表示,紡織業高質量發展有賴于智能制造、新材料和產業改造提升。碳纖維作為高性能材料不僅是紡織行業代表性材料,也是中國新材料領域的代表。各國都在競相發展新材料,其它國家也在關注我國高端纖維的發展。紡織工業已經不是傳統意義上解決穿衣問題,隨著新材料的發展,已經滲入到人類生活的所有方面。最近幾年,我國碳纖維發展很快,T700、T800、T1000已經實現,產能逐漸擴大。未來發展要雙管齊下,一方面要在纖維制備上下功夫,改進一致性、成熟度、提高質量水平。另一方面要考慮纖維市場的應用開拓推廣。各環節都要考慮如何拓展碳纖維的應用領域,不僅要關注航空航天、軍工,更要關注量大面廣的民用領域,諸如交通、衛生、輸變電等領域。碳纖維技術中特種編織技術很重要,我們與國外還有不小差距。他希望通過此次推廣活動使碳纖維加工技術進一步成熟。
張翠竹回顧了基金會的發展歷史,她希望將來有更多的企業捐贈給基金會,齊心合力為行業科技工作做出更大的貢獻。此次公益性推廣活動是今年紡織之光科技教育基金會支持的第11場公益性推廣活動,也是基金會自2010年支持公益性科技成果推廣會的第55場。她說,此次技術推廣會上介紹的科技成果大多是“紡織之光”科技獎獲獎項目,活動得到了寧波大發化纖有限公司、 山東英利實業有限公司捐贈支持。希望參會的技術專家們充分交流、相互學習。
在主題報告環節,9位來自高校、企業的專家圍繞“十四五”碳纖維技術發展、工藝、裝備、開發、應用、專利等內容向與會嘉賓進行了分享。
主題報告主持人:中國紡織工業聯合會科技發展部主任彭燕麗
演講者:北京化工大學教授徐樑華
題目:“十四五”碳纖維技術發展展望
徐樑華重點介紹了國產碳纖維發展現狀、存在問題,及未來發展方向??傮w上說,中國碳纖維進入穩步發展階段,已建立起國產聚丙烯腈碳纖維技術體系,主題技術方向明確,已基本滿足現階段國紡領域應用的需要。具體表現在碳纖維技術研發力量不斷加強,企業技術創新活力空前,自主創新能力得到加強,造血功能不斷提升,軍工應用成效顯著,碳纖維低成本化取得進展。存在的問題主要是國防軍工性能不夠、質量穩定性一致性不夠,工業領域不穩定、工藝性差、價格高。未來碳纖維技術發展目標是需求牽引+技術推進,從現階段的需求牽引發展到選材應用。技術發展原則是創新推動、應用引領、寓軍于民、以民養軍、突破關鍵技術、立足自主創新、支撐產業發展。在培育發展碳纖維高端應用市場等方面取得突破。
演講者:天津工業大學教授陳利
題目:碳纖維三維編織及其復合材料關鍵制備技術與應用
陳利介紹了多軸向復合材料的設計、制造和應用。三維機織結構是目前發展最快的一種增強結構形式,多軸向機織復合材料有五個紗線系統:經紗、緯紗、接結紗、+θ斜向紗和-θ斜向紗,可以提高面內剪切性能。多軸向機織復合材料的優點是面內纖維取向角和疊層順序具有可設計性,面外性能優于層合復合材料。結論是:開發了一種新型的多軸向機織復合材料,」斜向紗層可以靈活設計,·多軸向機織復合材料具有優良的面內剪切性能,多軸向機織復合材料的抗沖擊性能優于層合復合材料。開發了多軸向機織復合材料實心軸,多軸向機織復合材料實心軸具有優良的抗扭轉性能。碳纖維三維編織及其復合材料在航空航天領域有著廣泛應用。
演講者:武漢紡織大學教授徐衛林
題目:碳纖維表面的修飾及其色彩的構建
由于高性能纖維結構的特殊性導致難以染色,徐衛林介紹了芳香族高性能纖維的高品質載體染色探究、芳香族高性能纖維制品表面色彩的構建,以及原子沉積在碳纖維表面的彩色納米層組裝。多彩的世界對高性能纖維提出了色彩的新要求,比如炫彩多姿的宇航服、多種色彩外殼的電腦、飛艇、沒有“黑點”的耐高溫電焊服等。研究思路從纖維材料的物理與化學結構性能入手,研究非常規的色彩構建方法,并研制其相應的裝備與工藝,實現高性能纖維及其制品的多彩與高品質的顏色。該方法的優勢是模擬自然界中生物結構生色機理,在碳纖維及其織物表面制備出具有非虹彩效應的結構色纖維膜,可有效地解決碳纖維顯色問題。實現織物表面結構色涂層的簡單圖案及大面積制備,并且制備得到的薄膜具有較好顏色穩定性及耐服役性,具有實際應用前景。利用ALD制備超細、均勻分散、結構可控的金屬及其氧化物基納米膜,可用于碳纖維的結構生色、耐氧化、自清潔、吸波性能。ALD技術在實現碳纖維及其織物功能化的同時,消除了傳統技術所帶來的溶液殘留問題,避免了工業污染,節約了能量。
演講者:東華大學教授孫以澤
題目:碳纖維特種編織技術與裝備及其產業化
孫以澤介紹了高性能纖維復合材料大尺寸結構件預成型體編織技術的理論分析,及相關裝備技術和產品。在編織中摩擦磨損力學分析中建立了編織中紗線摩擦磨損力學模型和理論,可預測不同編織結構工藝參數下編織機運行時紗線摩擦磨損情況。在深交編織中大規模鍵子相序排布遞推算法研究中得出結論:當編織層數增加時,只要給定第一層淀子排布并作為初始條件,便可算出所有運動軌跡路徑淀子的排布方案。所以,可根據最終織物的不同結構,選擇不同的初始條件,計算得到相應的淀子排布方案。該算法極大地方便了不同截面形狀預成型體結構件的個性化編織,尤其對層數較多、大規模淀子的三維深交編織有重要意義。孫以澤還介紹東華大學自主研發的第二代3D自動編織機。
演講者:上海大學副教授俞鳴明
題目:碳碳復合材料設計開發及應用
俞鳴明介紹了碳碳復合材料的發展現狀、設計開發,以及應用。碳/碳復合材料的概況碳碳復合材料(C/C)是以碳纖維或石墨纖維為增強體的碳基復合材料,特點是密度低、抗燒蝕、抗熱震、高比強度、高溫性能穩定、耐磨性能優良等。20世紀70年代,C/C復合材料首先在航空、航天、軍事工業得到了應用。20世紀90年代,C/C復合材料處于新工藝開發和民用階段,致力于降低成本和縮短制作周期。21世紀,C/C復合材料目前已成為新關鍵材料之一。碳/碳復合材料可應用光伏產業的單晶硅拉制爐用坩堝,汽車剎車片可顯著減少剎車盤的結構質量,使用壽命長。還有飛機剎車盤、固體火箭發動機喉襯、高超聲速飛行器前緣、新型固沖發動機都用到碳碳復合材料。上海大學復合材料研究中心的研究方向包括C/C預制體(整體氈)、C/C復合材料、吸膠透氣材料、輕質高強抗燃織物。長期為國家高新工程型號和多種重點型號戰略戰術導彈固體火箭發動機配套,裝備火箭軍、海、陸、空部隊,實現了小批量、多品種配套。C/C喉襯應用于多種型號火箭發動機,部分在國慶60周年、抗戰勝利70周年、建軍90周年閱兵式上展示。為神舟八號、神舟九號、神舟十號、神舟十一號與天宮一號、二號交會對接提供配套材料。
演講者:常州市宏發縱橫新材料科技股份有限公司副總經理季建強
題目:多軸向經編技術裝備及復合材料制備關鍵技術及產業化
季建強介紹了多軸向經編技術裝備及復合材料制備關鍵技術及產業化項目的研發背景、核心技術,以及產業化應用。復合材料的發展趨勢是低碳、輕量、環保和創新,其中輕量化是永恒趨勢。復合材料是滿足國防軍工、航空航天、風力發電、軌道交通、新能源汽車等行業領域對材料輕量化、低成本、高性能需求的最佳途徑。目前,復合材料發展存在的技術瓶頸是增強織物品種單一、高性能纖維成本高、復合材料加工效率低距礙了大規模、批量化應用。而多軸向經編增強的優點是強度模量高、準各向同性、抗剪切性好、抗分層性好。美國國家航空航天局研究報告曾說,“多軸向經編織物及其縫合技術是21世紀大型復合材料預制件的發展趨勢?!惫踞槍?span id="ikgeicu" class="chrome-extension-mutihighlight chrome-extension-mutihighlight-style-2" style="-webkit-tap-highlight-color: transparent; box-sizing: border-box; line-height: 175%;">國家重大需求,公司聯合高校研發了多軸向經編技術裝備及復合材料制備關鍵技術,并進行了產業化。整體技術達到或超過了國內外同類產品的技術指標,已批量應用于風電葉片、新能源汽車等領域。
主題報告主持人:中國紡織工業聯合會科技發展部副主任王玉萍
演講者:威海拓展纖維有限公司總經理、高級工程師叢宗杰
題目:基于濕法紡絲工藝的高強PAN基碳纖維產業化制備技術
叢宗杰在報告中介紹了PAN紡絲工藝發展現狀、我國濕法紡絲工藝的產業化技術,以及濕法紡絲工藝的國產化裝備。我國航天航空為代表的國防領域長期采用濕法紡絲工藝制備的碳纖維,研發碳纖維制備的濕法紡絲工藝在中國具有重要的戰略價值和確保生產穩定的現實意義。由于缺乏正確的高性能碳纖維原絲國產化制備技術,國產碳纖維質量長期徘徊在低水平狀態。公司研發了新的原絲制備技術,獨創了一種具有T700級碳纖維的高強和T300級碳纖維的優異表面結構性能的碳纖維品種,具有自主知識產權,技術達到國際先進水平。新的原絲制備技術,推動了PAN碳纖維國產化技術的轉型升級,奠定了當前國產碳纖維主流技術基礎,由此形成了中國特色的國產高性能碳纖維制備的技術路線。
演講者:江蘇澳盛復合材料科技有限公司工程中心副主任郎鳴華
題目:碳纖維及復合材料的多領域應用
郎鳴華在報告中介紹了碳纖維的特點、成型工藝的比較,以及碳纖維的應用領域。全球碳纖維應用最多的領域是風電、航空航天、體育休閑、汽車。國內碳纖維應用領域主要是體育休閑、風電和建筑補強。在航天方面應用于衛星太陽能電池及衛星支架。在導彈方面應用于導彈殼體、噴管、彈頭。在民用航空反方面,波音787飛機的機身蒙皮、框、長桁、地板梁、龍骨梁、機翼前后、機翼蒙皮及翼肋等主要結構件,全部采用CFRP,波音787的結構重量中復合材料占到了60%,鋁合金為21%,鋼為8%,鈦合金為11%。以往,碳纖維復合材料只用于跑車、賽車、改裝車中,現在跟多應用在汽車輕量化中。在風電中,2016年碳纖維在風機葉片中的應用總量達到18000噸,預計2020年將達到30000噸,主要的應用是預浸料和拉擠板材。此外在電子產品、醫療保健、建筑增強、能源、體育休閑領域也有很多應用。
演講者:東華大學副教授巨安奇
題目:碳纖維應用及專利分析
巨安奇介紹了碳纖維發展趨勢、應用領域,并對碳纖維專利進行了分享。
會議結束后,全體與會嘉賓參觀了威海市碳纖維產業園及威海拓展纖維有限公司。