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“碳”為觀止的材料之王

發佈時間:2017-08-10 16:34:41 | 來源:太原日報 | 編輯:薛陽 | 責編:石麗敏

  “21世紀的新材料之王”——這個稱號屬於碳纖維。在我市陽曲縣轉型發展産業園區,山西鋼科碳材料有限公司(簡稱“太鋼鋼科”)已在高端碳纖維及其複合材料的生産、研發和製造上默默耕耘了5年。

  碳纖維材料作為高端裝備製造的基礎,被列入“十三五”國家戰略性新興産業發展規劃的重大技術專項。特別是 T800 級碳纖維,它是航天航空領域的關鍵新材料,承擔著國防現代化的重要使命,歐美日等國對我國一直採取技術封鎖政策。目前國內 T800 級碳纖維産業化加速推進。去年1月,經國家國防科技工業局審核批准,太鋼集團正式成為國家級航空航天 T800H 碳纖維“一條龍”項目的研製單位。據預測,到2020年,全球碳纖維的需求量將不斷增大,碳纖維複合材料的應用也將進入全新的時代。帶著對碳纖維的好奇,記者走進太鋼鋼科,帶您認識這種“外柔內剛”的材料之王。替代金屬應用空間巨大

  “碳纖維成材看起來就像布料一樣。它可以實現對鋼鐵、鋁合金等多種傳統金屬材料的替代。”郝俊傑,博士,山西鋼科碳材料有限公司技術研發部副部長。他介紹説,碳纖維是一種含碳量在93%以上的新型纖維材料,被廣泛應用於航空航天、交通運輸等領域。其不僅具有碳材料的固有特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。

  一般來説,碳纖維重量不到鋼的四分之一,但抗拉強度是鋼的7倍至10倍,且主要性能均顯著優於鋼,還具有耐腐蝕、不蓄熱等優點。“對於同樣的結構件來講,碳纖維最大的優勢就是減少用量、降低重量。”郝博士説,“實現對傳統金屬材料的替代,關鍵是要考慮成本因素,如果成本相同,用戶肯定願意選擇性能更優的碳纖維。”

  在降低成本方面,我國對碳纖維的研發生産起了主要作用。2008年,當我國企業宣佈 T300 碳纖維實現規模化生産時,這一規格産品的國際價格就由每公斤500元降至120元以下;2012年,當高性能的 T700 級碳纖維在我國實驗成功時,這一規格産品的國際價格又從每公斤400元降至160元。2014年4月,太鋼集團生産出第一批合格的 T800H 碳纖維,市場價格也隨之再次下降。目前,産品技術品質指標達到國內領先、世界一流水準,産品已經正式批量供應。

  碳纖維是典型的高科技新型工業材料。飛機製造等軍工領域,風力發電葉片等工業領域,電磁屏蔽除電材料,人工韌帶等身體代用材料;製造火箭外殼、機動船、工業機器人、汽車板簧和驅動軸等,以及球棒等體育領域……從航天、航空、汽車、電子、機械、化工、輕紡等民用工業到運動器材和休閒用品,碳纖維複合材料應用領域十分廣闊。研發加速未來材料首選

  推進汽車、飛行器等産品的輕量化以降低油耗、應對資源和環境的嚴峻挑戰,已經成為工業發展的重要主題。

  目前,波音787飛機的機身、機翼等主要部件都採用了碳纖維複合材料,重量比例超過了50%;而汽車上碳纖維的應用在國內也已開始,有專家表示,未來能夠顛覆汽車行業,或者把汽車行業帶到更高高度的有兩件事情:一是 AI (人工智能),第二個就是碳纖維部件引領汽車輕量化。只要能降低成本,碳纖維材料必將成為世界未來的主流材料。

  其實,對碳纖維的研發,中科院山西煤化所從上世紀60年代就開始了,積累了寶貴經驗。而太鋼鋼科,正是太鋼的“産業資本”與中科院的“技術資本”深度融合的重要成果和成功範例。

  為滿足國防事業和國民經濟發展急需,根據國家重大專項材料需求和我省産業升級戰略部署,太鋼集團與中科院山西煤化所合作進行 T800 級碳纖維工程化研究。長期以來,其核心技術被少數國家封鎖和壟斷。2013年12月,太鋼鋼科率先突破了大容量間歇聚合釜、紡絲蒸汽牽伸爐和高溫碳化爐等關鍵技術瓶頸,建成一條 T800H 聚丙烯晴碳纖維百噸級專線,擁有完全自主知識産權。

  “到今年底,高端碳纖維二期項目竣工投産後,可形成年産千噸級高端碳纖維的産業基地。”太鋼鋼科公司黨工主管沙洪波説,堅持自主創新、立志産業報國,太鋼將加快推進低成本碳纖維及複合材料技術的創新,建設國內領先、世界一流的碳纖維産業基地,進一步滿足國防重大專項和航空航天等領域的需求。

  高端碳纖維材料的需求快速增加,三期項目全部建成後,太鋼鋼科將形成從基礎原料、複合材料到製品構件的碳纖維完整産業鏈,我市也將擁有超百億元的新材料産業基地。(作者:丁潔)

  

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