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發布時間:2024-05-28 15:38:05
“當前,我國已經完成了航空用國產碳纖維評價、復合材料應用研究和考核驗證,實現了300級、700級碳纖維批量在航空的應用,完成國產800級碳纖維評價、驗證,復合材料應用研究和裝機考核驗證工作,進入小批生產應用。”中航復合材料有限責任公司研究員廖子龍向中國工業報記者透露。
高性能纖維及復合材料正在航空航天領域“大顯身手”,而其輕質、耐腐蝕等性能優勢也逐漸被越來越多的應用領域關注到。
中復神鷹碳纖維股份有限公司技術專家張定金介紹,風電葉片使用碳纖維及其復合材料,能延長壽命,而且直徑可以擴大到100米以上。風電裝置的發電能力與葉片長度的平方成正比,葉片大幅變長后,單位發電量大幅增加。與燃煤和燃油發電(燃煤和燃油發電的平均值)相比,如果該風機使用25年,每臺風機可減少31.8萬噸二氧化碳當量。汽車尤其是在電動汽車領域使用碳纖維及其復合材料,也具有明顯的減排效果。與主要由高強度鋼和鋁制成的車身相比,如果在中型電動SUV車身中使用16%的碳纖維及其復合材料,可以使車身減輕16%,減少13%的電池,汽車油耗將會改善……
中國化學纖維工業協會有關負責人告訴記者,經過多年發展和積累,我國高性能纖維及復合材料技術實現重大突破,進入先進國家行列。目前,我國已成為全球品種覆蓋面最廣、規模最大的高性能纖維生產國,在全球范圍內占有重要地位。
“我國高性能纖維及其復合材料行業通過狠抓關鍵技術攻關,著力拓展下游應用,在產業規模、技術進步、體系建設等方面取得了明顯成就,特別是突破了高性能特種編織物的設計與精確成型、自動化編織、大尺寸結構件三維編織成型方法,系列裝備及產品已成功應用于國家戰略需求領域,為我國制造業核心競爭力提升注入新動力。”中國工程院院士孫以澤表示。
應用需求牽引產業未來成長
中國化學纖維工業協會副會長呂佳濱指出,當前,我國高性能纖維技術進步明顯,碳纖維在T1000級、T1100級、M55J級、M60J級、M40X級碳纖維關鍵技術實現突破,建立起自主技術體系;對位芳綸、間位芳綸取得新技術突破,推動規模持續擴大,應用領域不斷拓展;超高分子量聚乙烯纖維行業位居全球先進行列;連續玄武巖纖維行業技術穩步提升,達到國際先進水平;其他高性能纖維發展也取得積極成效。
“高性能纖維產品豐富,已廣泛應用于航空航天、國防軍工、風力發電、土木建筑、汽車工業、軌道交通、海洋工程、光纜通信、安全防護、環境保護、體育休閑等領域,并已形成特定領域的穩定應用。”呂佳濱說道。
基于對高性能纖維的需求分析,呂佳濱表示,“高性能纖維需求較分散,具有非常廣闊的成長性,隨著纖維材料技術提升,性價比優勢顯現,應用領域不斷拓展,市場天花板將不斷上移。”呂佳濱建議,從強化科技創新核心作用、促進產業鏈協同發展、積極推進數字化升級等方面著力推動行業高質量發展。
隨著技術的不斷進步及綠色低碳發展成為全球共識,高性能纖維及其復合材料有望在更多領域得到應用,高性能纖維及其復合材料也迎來廣闊的應用市場,這為行業提供了新的市場機遇。“因具有質輕高強、損傷容限高,耐疲勞、耐化學腐蝕和耐候性好、加工成型方便等特點,復合材料具有廣闊的應用市場。”中國復合材料工業協會秘書長孟弋潔表示,目前,先進復合材料正朝著高性能化、多功能化、環保化和智能化等方向發展;未來,高性能纖維增強復合材料將在先進高效航空裝備、人形機器人、深部資源勘探開發裝備、高端文旅裝備和6G網絡設備等領域有廣闊的應用市場。
廖子龍同樣對先進復合材料的發展抱有期待。他表示,未來,先進復合材料用量及應用領域將不斷增加,復合材料制造將向整體化、智能化、低成本化和快速工業化批產發展,航空發動機用復合材料、陶瓷基復合材料將有新的機遇。為此,他建議,下一步應關注復合材料規范、材料通用數據庫、測試與評價機構等。
技術創新和應用開發仍有提升空間
當前,我國高性能纖維及復合材料行業在全球的地位穩步上升,不僅體現在日益擴大的產業規模,同時在技術創新和應用開發方面等也展現出強勁的動力,但也面臨著諸多挑戰。
在工業和信息化部聯合相關部門先后印發的《化纖工業高質量發展的指導意見》《紡織工業提質升級實施方案(2023—2025年)》中,進一步提升高性能纖維生產及應用水平都被列入重點專項工程。可見,高性能纖維及復合材料未來仍將是國家關注、支持的重點行業,支持的重點方向將更聚焦在國家重大戰略亟需和產業發展的瓶頸領域。
呂佳濱指出,行業整體技術成熟度亟須進一步提高,關鍵輔料和裝備自主保障能力仍需增強,同時,下游應用領域亟待拓寬。
中復神鷹碳纖維股份有限公司董事長張國良表示:“產業實現自主可控與高質量發展的路徑,關鍵在于堅持不懈地進行技術迭代和協同創新。國產碳纖維要進一步提高性能,比如開發高強碳纖維是重要發展方向,要不斷降低生產成本。同時,大家要致力于解決行業共性問題,不斷突破關鍵技術,探索上下游企業間更緊密的合作方式,不斷拓展應用場景,提升產業鏈的整體競爭力。”
對于未來高性能纖維如何發展,孫以澤則建議,一是加強基礎創新,提升自主創新能力,增強自主配套能力和自主保障能力,維護產業鏈供應鏈安全穩定,這也是新階段培育發展行業新質生產力的重要支撐。二是強化產業協同,促進產業鏈優化升級。三是關注重點技術,培育產業新增長極。“要重點關注碳纖維三維編織裝備、大尺寸自動鋪絲、鋪帶裝備、自動模壓裝備等技術,形成碳纖維復合材料全產業鏈智能制造裝備技術體系。同時也要關注其他高性能纖維及復合材料的智能裝備技術的研發和應用,提高設備的智能化水平,如設備穩定性、生產效率、數據采集和分析等,這將是未來高性能纖維材料產業的重要增長極。”
而在孟弋潔看來,高性能纖維復合材料未來發展也應從三個方面發力:一是材料質量與定制化設計,注重原材料本身質量,并從分子結構層面對目標材料體系進行設計,特別關注使用溫度、韌性、工藝特性和浸潤特性。二是結構一體化、智能制造化,加強復材設計方法和基于制造的工程的設計研究,按復材的特性進行設計,重視自動化技術并控制成本。三是人員團隊政策三位一體,建立適應復材未來發展的高素質團隊。