Włókna-wysokowydajne stanowią kluczową część przemysłu nowych materiałów. Są to materiały strategiczne dla chińskiego sektora włókien chemicznych. Ich rozwój wpływa na gospodarkę kraju i bezpieczeństwo strategiczne. W ciągu ostatnich dziesięcioleci, przy wsparciu rządu, przedsiębiorstw, instytutów badawczych i stowarzyszeń branżowych, Chiny skupiły się na technologiach krytycznych, rozszerzyły zastosowania na niższym szczeblu łańcucha dostaw oraz promowały skalę przemysłu, postęp techniczny i rozwój systemów. Wysiłki te zmniejszyły prawie 30-letnią różnicę w stosunku do krajów rozwiniętych, osiągając przełomy i godne uwagi rezultaty.

Obecnie krajowe włókna węglowe stanowią około 28% światowej produkcji, włókna aramidowe około 23%, a włókna polietylenu o ultra-wysokiej-molekularnej- masie cząsteczkowej (UHMWPE) około 66%. Ogólnie rzecz biorąc, Chiny stały się jednym z czołowych krajów pod względem skali produkcji i zakresu zastosowań. Produkcja włókien węglowych, aramidowych, UHMWPE i włókien bazaltowych plasuje się w pierwszej trójce na świecie, a produkty głównego nurtu osiągają zaawansowany światowy poziom pod względem technologii, wydajności i jakości.

Szybki rozwój krajowych-włókien wysokowydajnych zwiększa konkurencyjność produkcji i przyczynia się do rozwoju lotnictwa i kosmonautyki, obronności, energetyki wiatrowej, inżynierii lądowej, lekkiego przemysłu samochodowego i inżynierii morskiej.

1. Stały rozwój skali przemysłu

W 2021 r. łączna-chińska zdolność produkcyjna włókien wysokowydajnych osiągnęła około 195 000 ton, a produkcja wyniosła 102 000 ton. Produkcja włókna węglowego, włókna aramidowego, UHMWPE i ciągłego włókna bazaltowego przekroczyła 10 000 ton każdy. Produkcja włókien węglowych osiągnęła 29 000 ton i obejmowała gatunki o wysokim-wytrzymałym, pośrednim-modułowym, wysokim- i ultrawysokim-module (odpowiednik T300, T700, T800, T1000, M40, M40J, M55J itp.).

Inne włókna, takie jak siarczek polifenylenu (PPS) i politetrafluoroetylen (PTFE), stale się rozwijają, podczas gdy polieteroeteroketon (PEEK), węglik krzemu, poli(p-fenylenobenzobisoksazol) (PBO) i całkowicie aromatyczne włókna poliestrowe odnotowały nowy postęp w kluczowych technologiach produkcji.

2. Znacząca poprawa technologii i sprzętu

Poprawił się poziom techniczny-włókien o wysokiej wydajności, co zapewnia lepszą jakość włókien, zróżnicowanie produktów i stabilność produkcji.

A. Włókno węglowe
Chiny mają obecnie trzy systemy produkcji prekursorów: DMSO, DMAc i NaSCN. Procesy przędzenia na mokro i na mokro na sucho-są stopniowo optymalizowane, co poprawia wydajność produkcji. Kluczowe technologie posunęły się naprzód, od uprzemysłowienia T300 do T700, T800, włókien węglowych 24k i przełomowych włókien holowniczych T1000, T1100, M55J, M60J i 48k. W porównaniu z japońskim Torayem, chińska seria włókien węglowych DMSO- obejmuje prawie wszystkie równoważne gatunki.

B. Organiczne włókna-o wysokiej wydajności
Para-aramid osiągnął stopień uprzemysłowienia- ton. Para-aramid o wysokiej-wytrzymałości i{4}}wysokim module sprężystości jest obecnie produkowany w kraju i sprawdzany w środkach ochrony osobistej. Do hełmów wojskowych dostępne są kolorowe włókna para-aramidowe i włókna o ultra-wysokiej-wytrzymałości (odpowiednik Kevlaru KM2).

Włókna UHMWPE poprawiły się pod względem wysokiej wytrzymałości, wysokiego modułu, drobnego denier, odporności na ciepło i odporności na pełzanie. Opracowano także nowe technologie żywic-specyficznych dla włókien.

Włókna poliimidowe osiągnęły postęp w syntezie polimerów, kształtowaniu włókien,-obróbce końcowej i sprzęcie, wytwarzając serie charakteryzujące się wysoką-cieplnością,-kolorowalnością pod wpływem ciepła i-wytrzymałością i wysokim-modułem w różnych denierach. Włókna PPS oferują teraz produkty o drobnych denierach (1,1 dtex) umożliwiające bardziej precyzyjną filtrację w-temperaturze. Innowacje w produkcji włókien PTFE poprawiają filtrację i wytrzymałość, umożliwiając wielowarstwowe media filtracyjne do kontroli emisji przemysłowych.

C. Nieorganiczne włókna-o wysokiej wydajności
Ciągłe włókna bazaltowe osiągnęły wysoką-wytrzymałość, wysoki-moduł i-odporność na alkalia. Symulacja pieca i zoptymalizowana konstrukcja poprawiają wydajność produkcji i obniżają koszty. Ciągłe włókna węglika krzemu przyczyniły się do zaawansowanego uprzemysłowienia-drugiej generacji i są testowane w silnikach lotniczych i komponentach energii jądrowej.

D. Sprzęt światłowodowy
Kluczowy sprzęt do produkcji poliimidu, UHMWPE, włókna węglowego i włókna aramidowego został opracowany i zmodernizowany w kraju, a wydajność pojedynczej-linii przekracza 300 ton rocznie w przypadku linii UHMWPE i 3000 ton włókna węglowego. Piece grafitowe o szerokości do 1000 mm zostały wyprodukowane w kraju, co zapewnia niezależność od technologii zagranicznej.

3. Ulepszone zastosowania produktów

Krajowe włókna-o wysokiej wydajności są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym, obronnym, energetyce wiatrowej, inżynierii lądowej, motoryzacyjnej, kolejowej, morskiej, łączności, sprzęcie ochronnym, ochronie środowiska i sporcie.

W 2021 roku całkowite zużycie krajowe osiągnęło poziom 149 000 ton:

Włókno węglowe: 62 300 ton (46,5% krajowe), głównie na łopaty turbin wiatrowych (22 500 ton).

Włókno aramidowe: 26 000 ton, przy stałym zapotrzebowaniu na izolację, ognioodporność i kuloodporność.

UHMWPE: 25 000 ton, uprawa w linach,-rękawiczkach odpornych na przecięcie i rynki konsumenckie.

Tkaniny ochronne na bazie poliimidu-stosuje się w leśnej i policyjnej odzieży ochronnej.

4. Platformy Innowacji

Chiny zbudowały platformy badawczo-rozwojowe obejmujące badania podstawowe, technologie krytyczne i demonstracje zastosowań, takie jak Krajowe Centrum Badawcze Technologii Inżynierii Włókna Węglowego i Narodowe Centrum Technologii Inżynierii Aramidowej. Uniwersytety, takie jak Uniwersytet Technologii Chemicznej w Pekinie, Uniwersytet w Shandong i Uniwersytet Donghua, współpracują z przemysłem w celu opracowania kluczowych technologii.

Powołane w 2019 roku Narodowe Centrum Innowacji w Produkcji Zaawansowanych Funkcjonalnych Włókien przyspiesza unowocześnienie branży i zrównoważony rozwój.

5. Wsparcie polityki

Polityki wprowadzone od 2000 roku, w tym „13.-plan pięcioletni” dotyczący nauki, strategicznych wschodzących gałęzi przemysłu i nowych materiałów, wspierają rozwój-wysokosprawnych włókien. Zastosowania wojskowe i obronne otrzymują specjalne fundusze, promując badania, industrializację i przyjęcie na rynek.

6. Skutki gospodarcze i społeczne

Krajowa-wysoka produkcja włókien przełamuje zagraniczne monopole, zwiększa konkurencyjność produkcji i wspiera zastosowania w lotnictwie i kosmonautyce, obronności, energetyce wiatrowej, budownictwie, motoryzacji, morzu i ochronie środowiska.

Na przykład zmniejszenie masy pojazdu o 100 kg zmniejsza emisję CO₂ o 5 g/km, a lżejsze o 20% samoloty zmniejszają emisję CO₂ rocznie o 140 ton. Włókna węglowe wspierają również zastosowania zielonej energii w fotowoltaice, elektrowniach wiatrowych i wodorowych.

Włókna-wysokiej jakości są niezbędne dla chińskiej strategii produkcyjnej i rozwoju wysokiej-jakości. Oczekuje się, że do 2025 r. krajowe badania i rozwój oraz produkcja osiągną poziom międzynarodowy, dzięki zróżnicowanym produktom, skalowalnej wydajności i niezależnemu kluczowemu sprzętowi.

Branża skoncentruje się na technologiach o wysokiej-wydajności,-koszcie i stabilnych technologiach produkcji masowej, tworząc kompletny ekosystem „projektowanie – produkcja – ocena – weryfikacja”. Spowoduje to poszerzenie zastosowań w obronności i kluczowych sektorach gospodarki, wzmacniając niezależność technologiczną Chin.

Źródła: High-Tech Fibres and Applications, Chińskie Towarzystwo Kompozytów, Materiały do ​​Inżynierii Mechanicznej (częściowa treść ze źródeł internetowych).