中國致力于發(fā)展碳纖維材料

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聶德平

電梯直達(dá)

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中國致力于發(fā)展碳纖維材料中國將為玻國研制發(fā)射通信衛(wèi)星

2009-9-27

圖：碳纖維耐溫最高達(dá)攝氏一千二百度，可用作保溫、隔熱材料，是石棉布的理想替代材料碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料，在國際上被譽為「黑色黃金」。地位上升有價無市碳纖維繼石器和鋼鐵等金屬后，被國際上稱為「第三代材料」，因為用碳纖維制成的復(fù)合材料具有極高的強度，且超輕、耐高溫高壓。碳纖維是目前世界上首選的高性能材料，具有高強度、耐高溫、抗疲勞、導(dǎo)電、質(zhì)輕、易加工等多種獨特而優(yōu)異的性能，正逐步征服和取代傳統(tǒng)材料，具有十分廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間。目前不僅已被廣泛應(yīng)用于航天、航空和始終處于科技最前沿的軍事領(lǐng)域，在機(jī)械電子、建筑材料、文體、化工、醫(yī)療等各個領(lǐng)域也有著無可比擬的優(yōu)勢。權(quán)威專家認(rèn)為，碳纖維的出現(xiàn)是世界材料史上的又一次革命。目前，只有日本、美國、德國等少數(shù)國家可以做到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料所做的飛機(jī)不但輕巧，而且消耗動力少，推力大，噪音小；用碳纖維制電子計算機(jī)的磁盤，能提高計算機(jī)的儲存量和運算速度；用碳纖維增強塑料來制造衛(wèi)星和火箭等宇宙飛行器，機(jī)械強度高，質(zhì)量小，可節(jié)約大量的燃料。中國發(fā)射「神六」飛船，碳纖維就立下了很大功勞。隨著碳纖維在高科技領(lǐng)域地位不斷上升，它的價格也直在線漲，目前日、美等國的碳纖維在出產(chǎn)時的成本價格每公斤不過合一千元人民幣，但到達(dá)中國時，價格卻已是三千六百多美元，而且現(xiàn)在還越來越呈現(xiàn)出「有價無市」的行情。生于遼寧大連的蕭忠淵在二○○○年設(shè)計安裝了具有自主科研能力的內(nèi)地第一條碳纖維生產(chǎn)線，并通過了國家「863」專家組鑒定。現(xiàn)在他所在的大連興科碳纖維有限公司是中國第一個碳纖維產(chǎn)業(yè)化基地，綜合生產(chǎn)能力國內(nèi)第一，世界排名第十一位。蕭忠淵被譽為中國「碳纖維掌門人」。　說蕭忠淵是個「奇人」不為過。以年產(chǎn)量二百噸左右的碳纖維為例，他自主研制的生產(chǎn)線在用電方面的指標(biāo)要求是四百千伏安，一年下來，附屬材料費不超過一百五十萬；而美、日同類生產(chǎn)線的用電指標(biāo)是二千二百五十千伏安，一年的附屬材料費高達(dá)一千多萬元。　另外，即使是一些國家出口到中國的質(zhì)量很低的碳纖維原料，蕭忠淵都能用這些原料生產(chǎn)出與國際同類產(chǎn)品相差無幾的高強度、高性能碳纖維。民用領(lǐng)域作用更大蕭忠淵解決了具有耐熱梯型結(jié)構(gòu)的有機(jī)預(yù)氧絲經(jīng)過高溫?zé)崽幚磙D(zhuǎn)化為含碳量在百分之九十二以上的無機(jī)碳纖維的技術(shù)問題。實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵設(shè)備是碳化爐，其核心技術(shù)是寬口碳化爐及其配套的迷宮密封、廢氣排除和牽伸系統(tǒng)。對于ht級碳纖維生產(chǎn)線，爐口寬度需在一米以上，而且要正壓操作，就需非接觸式迷宮密封裝置；為使熱解廢氣不污染纖維，排除系統(tǒng)要暢通而瞬時排出；牽伸系統(tǒng)則是制造高性能碳纖維重要手段。生產(chǎn)碳纖維的碳化爐，包括爐襯、保溫層、發(fā)熱體，其特殊之處在于在爐膛上方設(shè)有吸附帶，吸附帶的兩端經(jīng)爐襯延伸至爐外，拉動吸附帶，可使其一部分從爐膛內(nèi)移出，另一部分進(jìn)入爐膛內(nèi)。特點是：在爐膛內(nèi)設(shè)置吸附帶可以有效地吸附焦油且不易脫落，同時還可以將積存有焦油的吸附帶移出爐外進(jìn)行清洗，因此該碳化爐可以生產(chǎn)出各種規(guī)格的碳纖維絲。「其實，在當(dāng)前的國際環(huán)境下，碳纖維在民用領(lǐng)域的作用更大。」蕭忠淵說。用碳纖維原料制成的取暖器更省電，熱量更高；用碳纖維原料制成的水管加熱模和地面及墻壁，可以節(jié)省很多的供暖費用；用碳纖維原料制成的車體，可以減輕車輛很大一部分重量。蕭忠淵介紹，碳纖維可通過高分子有機(jī)纖維的固相碳化或低分子烴類的氣相熱解來制取。目前世界上生產(chǎn)銷售的碳纖維絕大部分都是用聚丙烯?纖維的固相碳化制得的。其產(chǎn)生的步驟為A預(yù)氧化：在空氣中加熱，維持在二百至三百度數(shù)十至數(shù)百分鐘。預(yù)氧化的目的是使聚丙烯?的線型分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯型結(jié)構(gòu)，以使其在高溫碳化時不熔不燃而保持纖維狀態(tài)；B碳化：在惰性氣氛中加熱至一千二百至一千六百度，維持?jǐn)?shù)分鐘至數(shù)十分鐘，就可生成產(chǎn)品碳纖維。所用的惰性氣體可以是高純的氮氣、氬氣或氦氣，但一般多用高純氮氣；C石墨化：再在惰性氣氛（一般為高純氬氣）加熱至二千至三千度，維持?jǐn)?shù)秒至數(shù)十秒鐘；這樣生成的碳纖維也稱石墨纖維。中國首個碳纖企業(yè) 蕭忠淵長期從事高性能碳纖維及其復(fù)合材料領(lǐng)域內(nèi)的科研轉(zhuǎn)化工作，經(jīng)過多年虛心求教和不斷探索，終于攻克了中國碳纖維專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的難題，并在大連投資創(chuàng)立了內(nèi)地第一個碳纖維產(chǎn)業(yè)化企業(yè)──大連興科碳纖維有限公司。這家企業(yè)擁有高強度PAN基碳纖維自主知識產(chǎn)權(quán)，生產(chǎn)碳纖維的關(guān)鍵設(shè)備碳化爐，于二○○二年獲得中國國家知識產(chǎn)權(quán)局的實用新型專利證書，他們還編制了中國第一部高強度「PAN基碳纖維標(biāo)準(zhǔn)」。中國碳纖維專家趙稼祥認(rèn)為，目前興科公司擁有的年產(chǎn)量八百噸的生產(chǎn)能力，已是中國最大的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品各項技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。大連興科碳纖維的產(chǎn)品已開始被國家大型軍工企業(yè)批量使用。此外，他們還開發(fā)了多項碳纖維下游產(chǎn)品，并與大連理工大學(xué)等國內(nèi)科研院所、軍工企業(yè)、國家重點實驗室進(jìn)行了密切協(xié)作。中國工程院院士杜善義等人認(rèn)為，大連碳纖維專案的建立可以進(jìn)一步整合現(xiàn)有資源，做強、做大碳纖維產(chǎn)業(yè)，加速現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的更新?lián)Q代。