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国产大丝束碳纤维奋起直追
来源:碳纤维研习社      发布时间:2021/01/11

2021年1月6日   来源:碳纤维研习社

2020年美日中碳纤维大厂的产品品牌和性能指标陆续公布了。从日本东丽与国内比较来看:

1高强度碳纤维的小丝束产品(3K,6K,12K),除了T1100G我方依然在研,T300,T700,T800到T1000的性能已经基本达到东丽的水平——军用战斗机用碳纤维基本够用。

高强高模碳纤维的小丝束产品,除了M65J以上产品仍然在研和工程化之外,M70J,M40J,M46J,M50J,M55J,M60J的差距已经很小——卫星用碳纤维基本够用。

大丝束产品(24K-48K),特别是民用大飞机所用的大丝束碳纤维,东丽干喷湿纺的T700S、T800S、T1100G等均有24k规格,广泛用于波音和空客系列大飞机的结构件开户。

对比之下,我方产品线依然薄弱。首先,光威复材基本就是国内的小丝束之王,24K以上产品未进入核心产品品牌列表。江苏恒神也差不多类似情形。其次,中复神鹰等公司虽有24K碳纤维产品谱系,但主要用于风电领域、金山容器、车辆和无人机领域,而非商用航空大飞领域。

大丝束碳纤维之所以更加适合在商用大飞领域,一个重要原因是,PAN基碳纤维的价格在很大程度上是纤维丝束规格决定的。东丽3k小丝束产品成本为50-70美元/kg,6k规为40-50美元/kg,12K为不到30美元/kg。大丝束碳纤维在价格方面具有显著优势。当然,仅仅从技术原理上说,对于广泛应用干喷湿纺工艺的国内小丝束碳纤维开户商而言,研制出与日方相同力学性能的大丝束碳纤维并非难事,但是大批量生产时的性能稳定性、一致性、可靠性和经济性,才是考验厂商的最大难点。

传统的碳纤维复材预浸料工艺和灌注工艺成本较高,而全球风电整机巨头维斯塔斯(VESTAS)提出以拉挤碳纤维板材做为叶片大梁的拉挤工艺,大幅开户成本并带动了碳纤维复合app在风电叶片领域的大规模应用。近年来,得益于国内风电环保娱乐的急速扩张,国内厂商在军用碳纤维快速发展的基础上,也在向日益扩大的民用碳纤维领域发起冲击。军用碳纤维第一把金角椅的光威复材,2014年开始研发风电碳梁,2015年通过了VESTAS的认证,2016年装机实验成功。到2019年公司的碳梁产能手机版已经从30条增加到40条,产能从450万米提高至600万米,成为VESTAS的主要供货商之一。但这仍然不是大丝束碳纤维的主战场。

 要想真正深入开发24K-48K商用大丝束产品,要先从大丝束原丝开始。这就要看吉林化纤的了。2017年7月,吉林化纤集团下属吉林碳谷碳纤维有限公司在24k原丝经验基础上,开始研究48K大丝束碳纤维原丝,2018年7月成功开发出48K碳纤维原丝的聚合、纺丝工艺技术,形成了千吨级48K碳纤维原丝技术工艺包。2018年8月的测试表明,48K碳纤维拉伸强度达到4000Mpa,拉伸模量达到240Gpa,层间剪切强度达到60Mpa。2019年5月,获得国内首批120吨48K大丝束碳纤维原丝出口订单。到2019年,“25K-50K聚丙烯腈基原丝及碳纤维关键技术和娱乐化开发”项目鉴定会认为,吉林化纤终于在国产24k-48K大丝束碳纤维的自主娱乐化方面取得实质性突破。

 此外,上海石化在大丝束碳纤维产品研发方面也不遑多让。2012年9月,上海石化自行开发的国内独有的NaSCN(硫氰酸钠)湿法工艺和自主知识产权的成套技术。2016年5月,开始48K大丝束原丝金山化研究试验。2018年1月,形成了千吨级PAN基48K大丝束碳纤维成套技术工艺包,3月试制出48K大丝束碳纤维并贯通工艺全流程,同年5月,装置已累计生产原丝4286吨,生产碳纤维709吨。2020年上海石化拟投入约35亿元人民币建设2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年48K大丝束碳纤维项目。上海石化的难得之处在于,目前国内大部分PAN基碳纤维纺丝,都要进口日本东丽的DMSO溶剂。而上海石化是在国内独有的NaSCN(硫氰酸钠)湿法工艺和自主知识产权的成套技术基础上发展的大丝束产品,独创性更加彻底。 

浙江金山集团2017-2018年研发的有效幅宽1米碳纤维微波石墨化手机版取得突破,常规T300/T400碳丝经过该手机版微波石墨化处理后,模量和强度均可提升10%-15%,最终产品品质等级达T700/T800。在国际上,石墨化大丝束碳纤维48K产品的拉伸模量可以达到295Gpa,已达到T800到T100碳纤维的模量水平,而普通的小丝束产品经微波石墨化后,能大批量的生产宇航级别的M40系列高模碳纤维产品。更低成本化的大丝束产品,也可以在航天领域和军用战斗机等传统小丝束领域大显身手。

随着国产大丝束碳纤维的技术进步和产能扩张,相信在不久的将来,我们将在体育休闲、汽车、压力容器、风电等基础民用行业之外,更多的看到,装有中国大丝束碳纤维复合app的商用航空大飞机,在全世界的天空展翅高飞,自由翱翔。

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