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重磅ℱ中国终于突破M55J M60J工程化技术,令美日恐慌

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目前,中国已系统掌握了T700级、T800级的千吨级技术,极大促进了我国碳纤维复合材料产业的发展,解决了国家航空航天产业对高端材料的急需。

2018年5月8日,科技部高技术中心组织专家组,在北京化工大学对科技部863课题“聚丙烯腈碳纤维石墨化关键技术研究”课题进行技术验收。

专家组认为该课题“自主研发并掌握国产M55J级高强高模碳纤维制备关键工艺技术;自主设计研制成功高温石墨化设备,形成了M55J级高强高模碳纤维工程化生产能力;制备出相应典型结构试验件”。技术水平达到任务书规定要求,一致同意通过验收。

这是由北京化工大学国家碳纤维工程技术研究中心,联合威海拓展纤维有限公司、航天材料及工艺研究所和北京卫星制造厂有限公司承接的课题。经过三年的协同攻关,攻克纤维制备一系列关键技术,碳纤维及其复合材料性能指标与进口M55J碳纤维相当。

该课题的完成具有重要的意义,标志着国产M55J级高强高模碳纤维材料,实现了从工艺到装备的完全国产化制备。

之前,不管中国在T300、T700、T800、T1000这一系列上,依次取得实验制备、量产、大规模量产的突破,日本东丽都没有太当回事。因为他们也相信中国在T系列碳纤维实现突破,时间不会太长,这是预料之中的事。

现在,在2018年2月,中国完全自主研发出第一条百吨级T1000碳纤维生产线,位于连云港开发区的中复神鹰碳纤维公司,彻底完成了在这一领域的产业化。

目前,中国已系统掌握了T700级、T800级的千吨级技术,极大促进了我国碳纤维复合材料产业的发展,解决了国家航空航天产业对高端材料的急需。

反而是M系列碳纤维,现在是日本东丽仅存的最后核心竞争力,尤其是M55级别碳纤维,更是他的杀手锏产品,对华禁运,专供美国。这也是美国航天航空霸权的重要支撑和基石。

中国研发出M55级别碳纤维,已经在材料领域,完全动摇美国航空航天霸权的根基了!

【比铁还强40倍!】

M55级别碳纤维到底有什么特别之处,引得美国、日本如此重视?

其实M55具有4020MPa的强度,不算特别高,比T300的3530 MPa高,但比T300的3530 MPa高,T700的4900 MPa低。

正常钢铁的抗拉强度是400-600MPa,抗拉强度在1620 MPa(165 kgf/mm2)以上的合金钢称超高强度钢。

强度单位是这样的,每 10 MPa,就相当于一平方毫米截面的钢索、碳纤维索上,要承受1公斤的拉力。

也就是说,截面为一平方毫米粗细的钢索,正常可以承受40-60公斤,超高强度的特种钢可以承受160公斤。但同样的碳纤维索可以承受400公斤以上。

另外,碳纤维的密度比重只有还不到2(与水的密度相比),为每立方厘米1.8克左右,钢铁的比重大家知道,是7.9。

碳纤维的重量只有钢铁的不到四分之一,强度却达到了普通钢铁的10倍。总体比强度是钢铁的40倍,真是强悍!

【比钢还硬10倍!】

这么说来,碳纤维很强,所以是航空航天的好材料。但是,M55级别碳纤维到底有什么特别之处?

M55模量达到惊人的540 GPa,与之对应的T300和T700模量仅有230 GPa。T800和T1000也只有295 GPa。

什么是模量呢?通俗地说,模量就是材料的抗形变能力。等于拉力与变形程度的比值。钢材的模量一般在200 GPa,可见普通碳纤维的模量比钢铁高,但高出的程度有限。

但M55级就不同了,在强度是普通钢铁10倍的同时,模量也就是抗变形程度,也达到了钢铁的接近3倍!

简单地说,T系列韧劲强,M系列既韧又硬,不但抗拉,而且变形小!

尤其是在追求精密的航空航天领域,高模量碳纤维成为了不可替代的材料。

比如卫星在外太空经历阳光下的200度高温到背阴下的零下100度变化,卫星材料需要经历严苛的热胀冷缩环境,这就需要模量高、收缩弹性较小的高模量碳纤维。

还比如高超音速飞行器,既追求结构材料的轻量化,还追求精密的外形结构不能变形,这就必须使用高模量碳纤维。

以前,我国的卫星需要花高价从国际市场上购买中等模量碳纤维,而且价格不菲。M55级别的碳纤维,对中国实施全面禁运,中国的航天武器发展严重受到影响!

【中国即将完成碳纤维材料的大满贯!】

其实,在2016年初,中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维事业部就完成了M55级高强高模碳纤维试制的突破。但这一次的意义在于,中国实现了M55级碳纤维的量产!

随着中国试制M55系列碳纤维的消息出来,国际市场上M55系列碳纤维价格已经悄然下降。从2万元一公斤,下降到不到一万元。当然还是很贵——现在一克银子才不到3.6元一克,一公斤银子也就3600元。

不管怎么样,我们已经具备了高强高模碳纤维的量产能力,下一步就要在质量稳定性以及产业化放大方面完成突破。

另外在M55之上,日本还有实验室化的M60和M70,模量自然是600 GPa 和700 GPa。当然模量增长不多,价格超昂贵,用途很有限,基本属于追求极端性能的炫技性质。

不过,同样在2018年初中科院宁波材料所,也已经在实验室成功突破了M60的制备技术。中国很快将完成碳纤维材料的大满贯!

踏踏实实地走好自己的路,让日本人美国人震惊去吧!

本文来自腾讯新闻客户端自媒体-军武报道,原文题目:中国终于突破最强材料量产,动摇美国霸权,令日本恐慌。


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来源:碳纤维生产技术

复合材料航空航天材料试验
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首次发布时间:2024-09-02
最近编辑:13天前
碳纤维生产技术
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解密ℱ日本东丽是这样成为碳纤维霸主的

东丽成立于1926年1月,以生产合成纤维起家,其中就包括用于生产碳纤维的PAN原丝。在意识到碳纤维未来巨大市场潜力后,东丽选定了碳纤维事业,之后不管有多困难,都铁了心咬咬牙坚持下来,一直走到今天成为碳纤维的霸主。2016年,东丽集团的总销售营业额达2万亿3000亿日元,而其中环境相关的产值占30%左右,健康产业占比10%左右。日本东丽公司目前是世界上第一大碳纤维生产商,不仅产量和销量居第一位,而且牢牢掌控着世界高端碳纤维需求市场份额。发展国产高性能碳纤维产业,应借鉴日本的成功经验,技术上,应强力提升PAN基碳纤维产业化技术的成熟度,尽快突破中间相沥青基碳纤维工程化技术;机制上,应力促国产高性能碳纤维应用,发挥“产学研用”合力,突破性价比瓶颈,培育全产业链盈利能力和市场竞争力。下面聊聊日本的材料界翘楚“东丽”,看看日本企业是如何对待科研的。10年复10年,东丽何以坚持?开发出一种商业化材料无疑需要一定的时间甚至是漫长的时间。例如,东丽从1961年开始研究碳纤维,并在10年后,完成了量产的制造设备并实现商业化,可以说从 “0” 到 “1” 已经实现。然而市场并没有预想的那么美,昂贵的制造成本,导致销售根本就是一件困难事情。如何从 “1” 到 “100” 成为碳纤维产业最初的共同问题,海外许多化学公司都纷纷取消了碳纤维的开发或减少了研发投入,其中也包括美国杜邦和德国巴斯夫等大企业。东丽几代社长却都选择了牺牲短期的收益,不断地投入与开展相关工作,并开发出了钓鱼竿和高尔夫球杆应用业务,同时长期开拓碳纤维在航空业中的应用。如今这些纤维已在波音 787 等各种飞机上广泛使用,同时汽车领域以及新型家电领域,也都开始应用起来。东丽的碳纤维事业从连续亏损,并消耗千亿科研经费,到订单金额万亿计算,花费了近50年时间。这种发现材料价值的能力以及坚持到底的强烈意志是东丽的研发优势,也是真正的创新得以诞生的背景因素。此外,无论经济形势如何跌宕起伏,企业的管理层都会不断地进行研发投入,许多年以来东丽的研发支出占销售百分比一直未出现重大变化。这也就给予研究人员充分的优良环境,专心耕耘的信心。为何东丽独具慧眼?1970年,东丽与联合碳化物公司签署合作协议,获得联合碳化物公司的碳化技术。联合碳化物公司代理东丽的碳纤维产品,T300成为美国最畅销的碳纤维。合作到期后,东丽开始自由在美国销售碳纤维。而到了1975年,东丽的碳纤维开始应用在波音737的次承力部件,意味着东丽与波音也早早的开始长期合作。1990年,一种新的高强高模碳纤维预浸料在波音777飞机的主承力部件上获得应用。同时,东丽公司还获得了欧洲空客公司的认可。法国政府在1982年建立起自己的碳纤维工厂Soficar,东丽拥有其35%的股份。1987年,东丽的T300获准在空客A320主承力部件中应用。在20世纪80年代末期,Toraca碳纤维利润达到顶峰。之后 “失去的十年” 萧条到来,Toraca 碳纤维销售一落千丈。1993年碳纤维业务差点被卖出去。从20世纪90年代中期,世界碳纤维的消费量每年15%的速率增长。东丽集团改变策略,直接投资设立工厂,以加强与波音公司的联系以及合作。预浸料工厂就设在美国华盛顿州西部港口塔科马港,碳纤维工厂设在阿拉巴马州的迪凯特。如今波音787,整体结构材料的一半左右,将使用碳纤维强化树脂;从而实现机体的轻量化,大约可以节约20%的燃油消耗。回望过去,似乎东丽在选择与波音合作的时候开始,就已经预见了碳纤维新材料可以带来的节能低碳效果并在航空领域大展身手。而到2014年仅与波音一家的订单金额,就高达1万亿日元。随着产能的释放,碳纤维价格下降刺 激了消费需求,随后出现新兴市场包括风力发电和汽车改装。2011年,东丽与戴姆勒公司建合资工厂来生产碳纤维部件,并且进入了稳定的盈利期。不断创新的东丽,拥有强大组织力量东丽技术研发的另一大特色是通过不同领域和文化的密切融合来创造新价值。东丽已经将其所有的研发职能集中在 “技术中心” 这样一个组织中。通过使许多领域的专家汇聚在这个统一的研发组织内,同时也能使公司积极利用许多领域的技术和知识来解决单个业务领域中的问题,从而展现出强大的综合实力。而东丽的核心技术是什么呢?东丽集团是一家综合性化工集团企业,在全球26个国家和地区进行着事业运作。东丽集团将纳米技术融入其事业领域之中,并将有机合成化学,高分子化学和生物技术作为其核心技术。除了作为东丽之根基的纤维及纺织品,塑料及化成品事业之外,东丽同时推进着其他全球重要事业领域,诸如IT相关产品,碳纤维复合材料, 医药和医疗产品,环境与工程包括水处理等事业的发展。东丽几年来正在通过 “技术中心”,进行技术整合,并期待实现 “绿色创新” 和 “生命创新” (东丽近几年专注的领域);同时研发费用方面,还是一如既往的大手笔,3年计划研发经费 1800亿,其中50% 将用于 “绿色创新” 研发,20% 用于 “生命创新” 研发。东丽的加点 “·” 文化东丽集团在研究与开发的命题中,并不把研究开发,略写成研发二字,而一定要加上一点, “研究-开发” ,以示区别。研究与开发是相似但是不同的概念。研究的基本是不断的尝试,实验,论证,所以并不知道什么时候能出什么样的结果;而开发的基本是已经定义产品概念,制定方案,解决课题,实现产品。作为一个研究人员,总是不断尝试新的想法,并证明错误,而在这许许多多的错误中,发现规律,并最终实现某种用途。所以对于研究,即使挑战失败,东丽集团都是给予肯定,并且坚持研究路线的发展,如此的加点手法,也是让技术人员满怀信心,不畏困难敢于挑战。科研要做就是10年,20年甚至30年。正如东丽现任CTO阿部晃一描述的那样,东丽自创业以来,就始终坚持 “研究与技术开发并重,打造东丽辉煌” 的企业理念,不断的将先进材料的研究与技术开发向前推进。而先进的材料必定引领崭新的高端产业。基础材料可能不显露在外表,但是却被应用到最终产品里面。比如高分子合成材料的发明,最终衍生出化纤产业,树脂产业等等;半导体的发明,延伸到晶体管以及现代IT产业。所以当碳纤维复合材料正真实现普及的话,除了对飞机行业的改变,还将带来各行各业的全新改变,成就新的价值。常年的坚持和不断的科研,才最终实现了伟大的技术革新。东丽碳纤维事业的发展史,也就很好的证明了这一点。给技术寻找一个好的用途方向,就需要创意来改变。东丽技术也玩跨界,并带来全新价值。2000年与优衣库合作,通过改变服装纤维材料,实现功能材料,一改优衣库平民价格服装的一般认识,而是让消费者发现,价格实惠的背后,还有这样的高科技应用。2003年 “HEATTECH” 系列大获成功,企业双赢局面。为此去年10月在纽约,两家企业还共同举办来了主题展览会 「The Art and Science of LifeWear –Celebrating 15 Years of Innovation -」。东丽碳纤维事业的成功或许不能复 制,但是这样的发展过程,值得企业管理层和科研学者参考和学习。在东丽的研究员以及技术人员,都有一种 “刨根问底” 的钻研劲;在一个问题上深入研究,就又会有新的发现或者不同的观点产生。然而现代社会,能够在一件事上,做到极致的,恐怕还真不是每一个人都能够做到的。日本东丽碳纤维发展历程本文作者是容江(亚洲高新技术交流协会),碳纤维生产技术小编补充并配图。来源:客觀日本、碳纤维生产技术特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络,发布的目的在于传递更多信息及分享,并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。版权归原作者所有,任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议,请第一时间联系我们,我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展,本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台,对广告内容的真实性或有效性不做评价,请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关,特此声明。来源:碳纤维生产技术

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