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新材料:國產高性能纖維材料產業的不二法門

2023/9/12 21:47:00 來源: 評論(0)186

纖維

  今年以來,加快建設具有完整性、先進性、安全性的現代化產業體系,被擺在了越來越重要的位置。高性能纖維材料是關系國家戰略安全的軍民兩用新型材料,是國防高技術科技產品中不可替代的關鍵材料,是交通運輸、海洋工程等重大領域不可或缺的基礎材料,是制造2025的關鍵基礎材料,其完整性、先進性、安全性更加令人矚目。
  9月6日,在青島舉行的第八屆中國先進材料產業博覽會暨軍民兩用新材料大會上,中國紡織工業聯合會副會長端小平對話中國科學院院士、南京理工大學教授陳光,東華大學教授徐桂銀,江蘇奧神新材料股份有限公司董事長王士華,中國化纖協會、中國復合材料協會技術專家,中復神鷹技術專家張定金,中車青島四方機車車輛股份有限公司、國家工程研究中心副主任田愛琴,圍繞如何建設自主可控的先進材料現代化產業體系展開了探討。

  國產高性能纖維材料令人自豪

  作為纖維材料領域中的“金字塔”,高性能纖維材料的生產技術、裝備、產品一直被國際發達國家封鎖。大力發展高性能纖維產業,打破國外封鎖與壟斷,進一步提升我國軍事裝備實力和國民經濟的產業升級,一直是我國化纖工業推進自主創新、轉型升級的一個主攻方向,并在近年取得了重大突破。
  “十三五”時期,我國高性能纖維新材料技術穩步提升,不斷滿足航空航天、國防軍工、環境保護、醫療衛生等領域發展需求。碳纖維干噴濕紡和濕法紡絲工藝技術逐漸完善,生產效率進一步提升,高端產品品種逐步豐富,T1000級、M40、M40J、M55J等碳纖維已具備工程化制備能力,25K大絲束碳纖維實現產業化生產;千噸級對位芳綸工程化關鍵技術和裝備取得突破,高強型、高模型對位芳綸產品實現國產化;高強高模聚酰亞胺纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維、連續玄武巖纖維等實現快速發展。
  碳纖維是這其中具有代表性的材料之一。張定金介紹,中復神鷹碳纖維公司十多年的發展,正好是國產碳纖維產業整體突破“從無到有”的階段。公司立足自主創新,自主研制了PAN纖維快速均質預氧化、碳化集成技術,首次構建了具有自主知識產權的干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化生產體系,成為我國首個、世界第三個攻克干噴濕紡工藝難題的企業,創新實現了T700級、T800級、T1000級等不同級別碳纖維的工業化量產,成功填補了國內碳纖維高端技術的空白,打破了國外巨頭在中國市場的長期壟斷。2017年,公司“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化關鍵技術及應用”項目榮獲國家科技進步一等獎,是我國碳纖維行業所獲得的最高獎項。如今,中復神鷹的碳纖維已成功應用在航空航天、衛星、高鐵等領域。
  “在研發過程中,我們也遇到了一系列技術攻關,比如計量泵和噴絲板,這些都是國際封鎖的關鍵技術裝備。但在大家的努力下,這些問題都已經解決了。在碳纖維這個領域,我可以很自豪地告訴大家,我們已經基本解決了‘卡脖子’的問題,碳纖維已經完全實現了國產化?!?/span>
  奧神新材的聚酰亞胺纖維也是典型的國產化高性能纖維。王士華介紹,奧神新材從2006年聯合東華大學從事聚酰亞胺纖維的研究,經過十多年的發展,建成了全球首條千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產線,2016年獲得了國家科技進步二等獎,兩次獲得中國紡織工業聯合會科技進步一等獎,擁有50多項發明專利。
  “聚酰亞胺纖維成型難度非常大,全球真正能實現產業化的企業并不多。到目前為止,全世界產能也只有4000噸?,F在我們可以生產各種類型的聚酰亞胺纖維,可用于高溫過濾、氣體分離、鋼鐵冶煉、垃圾焚燒、特種防護等領域。經過深度加工做成蜂窩材料后,還可以應用到航空航天領域,用途非常廣泛?!蓖跏咳A介紹。
  自主可控須供需雙方共同發力
  一代材料,一代裝備,一代產業。材料既是國民經濟和人類社會發展的基礎,也是帶動傳統產業創新升級和戰略性新興產業蓬勃發展的先導,將國產先進材料應用到裝備中實現價值最大化、可持續化是更重要的。
  陳光表示,材料的生產和設計,要遵循需求牽引、技術推動的原則。材料的生產者與裝備的設計者是相輔相成。材料的生產者要根據市場需求來研究,裝備的設計者要有獨到的眼光來發現新材料;材料的生產者要將材料的優缺點展示給裝備設計者,而裝備設計者要靠智慧將材料的優勢最大化,要靠智慧規避材料的劣勢,同時要對材料設計者提出需求。
  端小平提到,知己知彼百戰不殆,要想把材料產業發展好,最重要的是要讓材料生產者看到差距,根據這些差距有針對性地去分析問題、解決問題。而如何發現這個差距需要材料使用者的深度參與。
  近三年來,由于疫情和中美貿易摩擦影響,一些以前依賴進口的關鍵材料實現了國產化替代,并獲得了高度認可。這其中就包括國產碳纖維。2020年,我國風力發電、光伏發電、氫能、航天航空、體育用品等領域開始使用國產碳纖維,創造了碳纖維全行業盈利的歷史,并一直延續到今天?!巴ㄟ^實際應用國產碳纖維,使用方感受到了國產碳纖維的高性價比?!倍诵∑浇榻B。
  張定金也用數據證實了近年來國產碳纖維的使用情況?!?022年國產碳纖維使用量是4.5萬噸,進口只有2.9萬噸,今年也毫無疑問,國產肯定遠遠超過進口?!彼榻B,我國研究開發碳纖維有其他國家無法比擬的優勢,我們既有專門做評估碳纖維的機構,碳纖維企業也各有側重點,有的專做民用,有的專做高性能,有的專門研究下一代產品,按照這個形勢,今后我國碳纖維性能會更高更完美,用量會更大,并且能很快走向世界。
  聚酰亞胺被譽為“高分子材料金字塔的頂端”,是目前能夠投入實際使用的耐高溫性能最好的高分子材料。王士華介紹,聚酰亞胺纖維因為相對較輕,最初是用于高溫過濾材料行業,后來開始拓廣到特種防護領域,涉及航空航天、國防軍工等?!耙郧拔叶际翘焯煸谕馀苁袌?,現在我都是坐在家里等客戶來咨詢。愿意試試聚酰亞胺纖維的領域越來越多?!?/span>
  對于如何實現聚酰亞胺纖維生產的自主可控,王士華認為應從工藝和裝備、原料、人才而三個維度來看待,這三個條件奧神新材都已具備。首先,奧神新材擁有全球首條千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產線,擁有自主知識產權的工藝和裝備;其次,所需原料均來自國產石油和化工產品;再次,公司非常注重人才隊伍建設,擁有一批穩定的研發隊伍??梢哉f,聚酰亞胺纖維可以真正實現自主可控。
  徐桂銀自加入東華大學以來,他深深地感受到當前國家對高性能纖維材料產業人才隊伍建設的重視。他介紹,近年來國家鼓勵高校老師下沉到一線企業去了解行業實際發展,高校也經常搭建平臺吸引企業家來學校,互相交流痛點,開展合作,解決行業實際問題?!白寣I的人做專業的事情,產業的安全性將大大提高?!毙旃疸y談到。
  端小平也呼吁道,希望各方要多多考察國產高性能纖維材料,多給國產企業一些機會,去體會一下它的高性價比。
  作為高性能纖維材料的使用者,田愛琴表示,近年來,軌道交通裝備一直在向高速化、輕量化、綠色環保等方向發展,這其中高性能纖維材料對于保障軌道交通的安全性、可靠性、舒適性以及運營效率起到了至關重要的作用。中車公司所在的高鐵行業現在進入了持續創新的階段,核心技術就是應用好材料,給乘客更滿意的舒適度以及體驗感。對于下一代高鐵制造,所需材料很可能是以碳纖維為主。希望將來的碳纖維既要有經濟優勢,又要保持穩定的優異性能,還希望具備更多的其他外部功能,比如隔熱、降噪、阻燃、耐擊打等。
  做好自身,不懼挑戰迎接機遇
  雖然當前我國高性能纖維材料發展較快,但仍存在不少亟需提升的地方。張定金介紹,與國際發達國家相比,國產碳纖維還有不小的差距。日本東麗的T1100碳纖維經過了十幾年才在去年實現千噸級量產,而我國的T1000碳纖維目前還是百噸級,在時間上有差距,在量級上有差距,需要我們重視。此外,我們在人才隊伍和數據庫方面的建設,也面臨不小挑戰。
  對于當前國產高性能纖維材料的發展,陳光用“機遇挑戰”四個字做了概括。他說,有挑戰意味著有機遇,而機遇總是留給有準備的人的。材料研發者一定要加強自身的鍛煉,提前做好準備,迎接即將到來的機遇。
  端小平最后也說,中國的先進材料要真正實現高質量發展,真正變成先進,一方面需要材料研發者持續地投入和創新,久久為功,另一方面也需要使用方大膽使用,只有用了才知道差距,才知道問題在哪里,才知道怎么改進,才知道怎么去提升中國的先進材料。只有供需雙方攜手,才能有更加美好的明天,才能有更加美好的未來。
   (來源:紡織服裝周刊 記者-郭春花
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