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“纺织之光”威海搭台,业内大咖分享碳纤维编织/成型加工技术

2019年11月28日 11:06  纺织服装机械网    点击:173
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碳纤维是国民经济和国防建设不可或缺的战略性新材料,是先进复合材料重要的增强体之一,技术含量高,辐射面广,带动力强,广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、建筑工程、体育休闲等领域。

为加强行业交流,推动碳纤维编织/成型加工技术的发展,提升碳纤维制品性能,满足国防建设和国民经济各领域的需求,进一步促进纺织行业科技进步,11月26日,由中国纺织工业联合会科技发展部、纺织之光科技教育基金会和纺织工业科学技术发展中心主办的“纺织之光”碳纤维编织/成型加工技术及应用科技成果推广活动在山东省威海市举办。该活动的协办单位有威海市发展和改革委员会、威海临港经济技术开发区管理委员会、碳纤维制备及工程化国家工程实验室、山东省碳纤维技术创新中心、青岛大学材料科学与工程学院。

活动邀请了众多纺织产业链相关领域的专家,会议主题聚焦以碳纤维为代表的高性能纤维及复合材料在运载火箭、卫星、大运飞机和国防军工装备上的应用,同时也聚焦在高压输电缆、装备制造、交通运输、新能源汽车、医疗、风电、体育休闲等领域的应用;并探讨如何建立从原丝→碳纤维→预浸料/编织/成型→终产品的全产业链对接,满足国防建设和国民经济各领域的需求,推动以碳纤维为代表的高性能纤维及其复合材料产业的发展。

中国纺织工业联合会党委书记兼秘书长高勇,副会长李陵申,中纺联副秘书长、科技发展部主任、纺织之光科技教育基金会副理事长彭燕丽,中纺联科技发展部副主任王玉萍,纺织之光科技教育基金会秘书长张翠竹,威海市发展和改革委员会副书记、副主任张愈,威海临港经济技术开发区党工委委员、管委会副主任蔡曙光,碳纤维制备及工程化国家工程实验室主任、威海光威复合材料股份有限公司科学家李书乡,山东省碳纤维技术创新中心副主任、威海拓展纤维有限公司总经理丛宗杰,纺织相关科研院所和高等院校科研负责人、全国碳纤维生产、编织、成型加工生产企业相关技术人员及管理人员、行业重点实验室负责人、行业技术创新中心负责人等120人参加会议。会议由李陵申、彭燕丽、王玉萍分别主持。

李陵申主持领导讲话环节。

高勇在致辞中表示,纺织业高质量发展有赖于智能制造、新材料和产业改造提升。碳纤维作为高性能材料不仅是纺织行业代表性材料,也是中国新材料领域的代表。各国都在竞相发展新材料,其它国家也在关注我国纤维的发展。纺织工业已经不是传统意义上解决穿衣问题,随着新材料的发展,已经渗入到人类生活的所有方面。近几年,我国碳纤维发展很快,T700、T800、T1000已经实现,产能逐渐扩大。未来发展要双管齐下,一方面要在纤维制备上下功夫,改进一致性、成熟度、提高质量水平。另一方面要考虑纤维市场的应用开拓推广。各环节都要考虑如何拓展碳纤维的应用领域,不仅要关注航空航天、军工,更要关注量大面广的民用领域,诸如交通、卫生、输变电等领域。碳纤维技术中特种编织技术很重要,我们与国外还有不小差距。他希望通过此次推广活动使碳纤维加工技术进一步成熟。

张翠竹回顾了基金会的发展历史,她希望将来有更多的企业捐赠给基金会,齐心合力为行业科技工作做出更大的贡献。此次公益性推广活动是今年纺织之光科技教育基金会支持的第11场公益性推广活动,也是基金会自2010年支持公益性科技成果推广会的第55场。她说,此次技术推广会上介绍的科技成果大多是“纺织之光”科技奖获奖项目,活动得到了宁波大发化纤有限公司、 山东英利实业有限公司捐赠支持。希望参会的技术专家们充分交流、相互学习。

在主题报告环节,9位来自高校、企业的专家围绕“十四五”碳纤维技术发展、工艺、装备、开发、应用、等内容向与会嘉宾进行了分享。

主题报告主持人:中国纺织工业联合会科技发展部主任彭燕丽

演讲者:北京化工大学教授徐樑华

题目:“十四五”碳纤维技术发展展望

徐樑华重点介绍了国产碳纤维发展现状、存在问题,及未来发展方向。总体上说,中国碳纤维进入稳步发展阶段,已建立起国产聚丙烯腈碳纤维技术体系,主题技术方向明确,已基本满足现阶段国纺领域应用的需要。具体表现在碳纤维技术研发力量不断加强,企业技术创新活力,自主创新能力得到加强,造血功能不断提升,军工应用成效显著,碳纤维低成本化取得进展。存在的问题主要是国防军工性能不够、质量稳定性一致性不够,工业领域不稳定、工艺性差、价格高。未来碳纤维技术发展目标是需求牵引+技术推进,从现阶段的需求牵引发展到选材应用。技术发展原则是创新推动、应用、寓军于民、以民养军、突破关键技术、立足自主创新、支撑产业发展。在培育发展碳纤维应用市场等方面取得突破。

演讲者:天津工业大学教授陈利

题目:碳纤维三维编织及其复合材料关键制备技术与应用

陈利介绍了多轴向复合材料的设计、制造和应用。三维机织结构是目前发展快的一种增强结构形式,多轴向机织复合材料有五个纱线系统:经纱、纬纱、接结纱、+θ斜向纱和-θ斜向纱,可以提高面内剪切性能。多轴向机织复合材料的优点是面内纤维取向角和叠层顺序具有可设计性,面外性能优于层合复合材料。结论是:开发了一种新型的多轴向机织复合材料,」斜向纱层可以灵活设计,·多轴向机织复合材料具有优良的面内剪切性能,多轴向机织复合材料的抗冲击性能优于层合复合材料。开发了多轴向机织复合材料实心轴,多轴向机织复合材料实心轴具有优良的抗扭转性能。碳纤维三维编织及其复合材料在航空航天领域有着广泛应用。

演讲者:武汉纺织大学教授徐卫林

题目:碳纤维表面的修饰及其色彩的构建

由于高性能纤维结构的特殊性导致难以染色,徐卫林介绍了芳香族高性能纤维的高品质载体染色探究、芳香族高性能纤维制品表面色彩的构建,以及原子沉积在碳纤维表面的彩色纳米层组装。多彩的世界对高性能纤维提出了色彩的新要求,比如炫彩多姿的宇航服、多种色彩外壳的电脑、飞艇、没有“黑点”的耐高温电焊服等。研究思路从纤维材料的物理与化学结构性能入手,研究非常规的色彩构建方法,并研制其相应的装备与工艺,实现高性能纤维及其制品的多彩与高品质的颜色。该方法的优势是模拟自然界中生物结构生色机理,在碳纤维及其织物表面制备出具有非虹彩效应的结构色纤维膜,可有效地解决碳纤维显色问题。实现织物表面结构色涂层的简单图案及大面积制备,并且制备得到的薄膜具有较好颜色稳定性及耐服役性,具有实际应用前景。利用ALD制备超细、均匀分散、结构可控的金属及其氧化物基纳米膜,可用于碳纤维的结构生色、耐氧化、自清洁、吸波性能。ALD技术在实现碳纤维及其织物功能化的同时,消除了传统技术所带来的溶液残留问题,避免了工业污染,节约了能量。

演讲者:东华大学教授孙以泽

题目:碳纤维特种编织技术与装备及其产业化

孙以泽介绍了高性能纤维复合材料大尺寸结构件预成型体编织技术的理论分析,及相关装备技术和产品。在编织中摩擦磨损力学分析中建立了编织中纱线摩擦磨损力学模型和理论,可预测不同编织结构工艺参数下编织机运行时纱线摩擦磨损情况。在深交编织中大规模键子相序排布递推算法研究中得出结论:当编织层数增加时,只要给定层淀子排布并作为初始条件,便可算出所有运动轨迹路径淀子的排布方案。所以,可根据终织物的不同结构,选择不同的初始条件,计算得到相应的淀子排布方案。该算法极大地方便了不同截面形状预成型体结构件的个性化编织,尤其对层数较多、大规模淀子的三维深交编织有重要意义。孙以泽还介绍东华大学自主研发的第二代3D自动编织机。

演讲者:上海大学副教授俞鸣明

题目:碳碳复合材料设计开发及应用

俞鸣明介绍了碳碳复合材料的发展现状、设计开发,以及应用。碳/碳复合材料的概况碳碳复合材料(C/C)是以碳纤维或石墨纤维为增强体的碳基复合材料,特点是密度低、抗烧蚀、抗热震、高比强度、高温性能稳定、耐磨性能优良等。20世纪70年代,C/C复合材料首先在航空、航天、军事工业得到了应用。20世纪90年代,C/C复合材料处于新工艺开发和民用阶段,致力于降低成本和缩短制作周期。21世纪,C/C复合材料目前已成为新关键材料之一。碳/碳复合材料可应用光伏产业的单晶硅拉制炉用坩埚,汽车刹车片可显著减少刹车盘的结构质量,使用寿命长。还有飞机刹车盘、固体火箭发动机喉衬、高超声速飞行器前缘、新型固冲发动机都用到碳碳复合材料。上海大学复合材料研究中心的研究方向包括C/C预制体(整体毡)、C/C复合材料、吸胶透气材料、轻质高强抗燃织物。长期为国家高新工程型号和多种重点型号战略战术导弹固体火箭发动机配套,装备火箭军、海、陆、空部队,实现了小批量、多品种配套。C/C喉衬应用于多种型号火箭发动机,部分在国庆60周年、抗战胜利70周年、建军90周年阅兵式上展示。为神舟八号、神舟九号、神舟十号、神舟十一号与天宫一号、二号交会对接提供配套材料。

演讲者:常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司副总经理季建强

题目:多轴向经编技术装备及复合材料制备关键技术及产业化

季建强介绍了多轴向经编技术装备及复合材料制备关键技术及产业化项目的研发背景、核心技术,以及产业化应用。复合材料的发展趋势是低碳、轻量、环保和创新,其中轻量化是永恒趋势。复合材料是满足国防军工、航空航天、风力发电、轨道交通、新能源汽车等行业领域对材料轻量化、低成本、高性能需求的佳途径。目前,复合材料发展存在的技术瓶颈是增强织物品种单一、高性能纤维成本高、复合材料加工效率低距碍了大规模、批量化应用。而多轴向经编增强的优点是强度模量高、准各向同性、抗剪切性好、抗分层性好。美国国家航空航天局研究报告曾说,“多轴向经编织物及其缝合技术是21世纪大型复合材料预制件的发展趋势。”公司针对国家重大需求,公司联合高校研发了多轴向经编技术装备及复合材料制备关键技术,并进行了产业化。整体技术达到或超过了国内外同类产品的技术指标,已批量应用于风电叶片、新能源汽车等领域。

主题报告主持人:中国纺织工业联合会科技发展部副主任王玉萍

演讲者:威海拓展纤维有限公司总经理、工程师丛宗杰

题目:基于湿法纺丝工艺的高强PAN基碳纤维产业化制备技术

丛宗杰在报告中介绍了PAN纺丝工艺发展现状、我国湿法纺丝工艺的产业化技术,以及湿法纺丝工艺的国产化装备。我国航天航空为代表的国防领域长期采用湿法纺丝工艺制备的碳纤维,研发碳纤维制备的湿法纺丝工艺在中国具有重要的战略价值和确保生产稳定的现实意义。由于缺乏正确的高性能碳纤维原丝国产化制备技术,国产碳纤维质量长期徘徊在低水平状态。公司研发了新的原丝制备技术,了一种具有T700级碳纤维的高强和T300级碳纤维的优异表面结构性能的碳纤维品种,具有自主知识产权,技术达到国际先进水平。新的原丝制备技术,推动了PAN碳纤维国产化技术的转型升级,奠定了当前国产碳纤维主流技术基础,由此形成了中国特色的国产高性能碳纤维制备的技术路线。

演讲者:江苏澳盛复合材料科技有限公司工程中心副主任郎鸣华

题目:碳纤维及复合材料的多领域应用

郎鸣华在报告中介绍了碳纤维的特点、成型工艺的比较,以及碳纤维的应用领域。全球碳纤维应用多的领域是风电、航空航天、体育休闲、汽车。国内碳纤维应用领域主要是体育休闲、风电和建筑补强。在航天方面应用于卫星太阳能电池及卫星支架。在导弹方面应用于导弹壳体、喷管、弹头。在民用航空反方面,波音787飞机的机身蒙皮、框、长桁、地板梁、龙骨梁、机翼前后、机翼蒙皮及翼肋等主要结构件,全部采用CFRP,波音787的结构重量中复合材料占到了60%,铝合金为21%,钢为8%,钛合金为11%。以往,碳纤维复合材料只用于跑车、赛车、改装车中,现在跟多应用在汽车轻量化中。在风电中,2016年碳纤维在风机叶片中的应用总量达到18000吨,预计2020年将达到30000吨,主要的应用是预浸料和拉挤板材。此外在电子产品、医疗保健、建筑增强、能源、体育休闲领域也有很多应用。

演讲者:东华大学副教授巨安奇



(来源:纺织服装机械网)

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