被誉为“黑色黄金”新材料成功突破美日封锁,看中国企业如何逆袭
   来源:塑商汇     2019年10月24日 21:33

“除了众所周知的世界500强企业,全球最优秀的企业更多是一些闷声发大财的行业冠军企业”,提出“隐形冠军”概念的赫尔曼·西蒙教授曾如此评论。

如今,中国正逐渐在各个领域涌现出这样的“隐形冠军”企业!激光行业的大族激光、生产压缩机的华意压缩、生产锂离子负极材料的贝特瑞新能源、生产注塑机的海天注塑……还有生产碳纤维的汇合塑化。

这些“隐形冠军”才是中国经济真正的中流砥柱!

余姚市汇合塑化有限公司(以下简称“汇合塑化”),成立于2005年,2006年获得国家CNAL即CNAS实验室认证;2007年汇合开始正式投入生产碳纤维材料,2008年开始,在国家重点创新项目、学科、实验室以及中央企业和国有商业金融机构、以高新技术产业开发区为主的各类园区等,引进2000名左右人才。2012年, “千人计划”已引进各领域高端人才2263名;2013年,在汇合总经理李志刚先生的带领下,汇合塑化在改性塑料领域拿到了国家千人计划的名额。2017年,李志刚再次斥资8000万,创立了重庆宸胜新材料科技有限公司。

汇合塑化总经理李志刚

在接受塑商汇采访时,李志刚表示:“2020年,汇合塑化也将在热碳纤维复合材料领域达到一级供应商水平。”始于形势

2005年,中国碳纤维向多元化发展的趋势被推向高潮,碳纤维被列为国家化纤行业重点扶持项目,产业链基本形成,基本设施齐全,整个产业链相对成熟,正是此时,李志刚在中国宁波余姚塑料城开启了碳纤维的研发生产之路。

碳纤维是个除专业人士外鲜为人知的行业,广泛应用于抽油杆接箍、笔记本电脑、纺织配件、飞机配件、汽车配件、高端自动化机器人等。

碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料,在国防军工和民用方面都是重要材料 ,被喻为“黑色黄金”。 碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。不过一直以来,我国高性能碳纤维都依赖进口 ,日本的碳纤维产量更是占全球市场份额的60% 。

碳纤维生产流程

分子结构变化图

碳纤维按原料来源可分为聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、气相生长碳纤维;按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维;按状态分为长丝、短纤维和短切纤维;按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕、模量为100G帕左右。高性能型碳纤维又分为高强型(强度2000兆帕、模量250G帕)和高模型(模量300G帕以上)。强度大于4000兆帕的又称为超高强型;模量大于450G帕的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展,还出现了高强高伸型碳纤维,其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。市场上90%以上碳纤维以PAN基碳纤维为主。由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开,人们还不能直接用碳或石墨来制取,只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料,将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。立于艰难

2007年汇合正式投入生产碳纤维材料,当时,我国的碳纤维产业研发和生产水平还很落后,几乎所有的碳纤维关键技术都被国外封锁。作为金属专业技术出生的李志刚,在非金属领域苦苦钻研,坚持将碳纤维研发生产这条路走下去。

虽然非金属专业和金属专业技术有很大差别,但是共同性也很多,这有助于李志刚在非金属领域快速上手,并展开碳纤维的研发工作。时至今日,李志刚依然管理公司日常运营同时,坚持代理研发团队在碳纤维领域不断创新。

塑商汇记者带着对热塑性碳纤维材料的诸多疑问,走访了汇合塑化的产品研发部门,其技术负责人向记者介绍了热塑碳纤维的研发过程及其工艺:

一、通过大气低温等离子体处理碳纤维;

1、处理目的:

除去碳纤表面的污物 (当碳纤维活性表面暴露于空气中时,会出现一个很强的物理吸附水分层。水分的阻聚作用,会阻碍纤维与基料之间结合力的形成) ;

使纤维表面层发生刻蚀,形成微孔和刻蚀沟槽,使表面积增大,有利于两相之间的物理聚合 ;

生成新化合物或反应性的基团以及形成与树脂起反应的中间层,从而改善碳纤维与基体之间的结合力 ;

2、碳纤维处理前后比较:

二、在碳纤维表面加上与基体结合力强的集束剂;

1、处理目的:

增加碳纤维表面的官能团;

进行预反应,有利于碳纤维与基体的结合理;

有利于碳纤维的短切。

2、碳纤维表面加集束剂后的电镜扫描

碳纤维的表面处理:不同集束剂处碳纤维与各种基料的相容性

碳纤维的短切工艺:

碳纤维的短切流程及仪器

碳纤维的短切成品

碳纤维的生产流程:

目前汇合塑化拥有“碳纤复合材料”、“玻纤复合材料”等拥有自主研发及知识产权的新型材料。并获得国家级多次表彰及专利。专利号专利名称专利类型专利状态201010256676.9一种环保型无卤非磷阻燃性树脂组成物发明专利授权201010179914.0利用纤维类废弃物生产的改性工程塑料发明专利授权201110225799.0用于制备显微镜结构件的碳纤维复合材料及其制备方法发明专利实质审查201310211967.X碳纤维增强热塑性树脂的制备方法及其装置发明专利实质审查200920119628.8碳纤维复合材料实用新型授权201220290938.8一种用于连接碳纤维增强热塑性树脂复合材料的装置实用新型授权201220290948.1一种碳纤维增强热塑性树脂复合材料的连接装置实用新型授权201320310775.X用于分散碳纤维束的导纱棒及其应用实用新型授权201310571907.9碳纤维增强聚苯硫醚复合材料及其制备方法发明专利受理201310672251.X碳纤维增强聚甲醛复合材料及其制备方法发明专利受理201310698095.4一种碳纤/碳纳米管增强尼龙复合材料及其制备方法发明专利受理201310698084.6碳纤维增强聚丙烯复合材料及其制备方法发明专利受理成于坚持

碳纤维材料产品相较于金属材料具有低比重、高强度、高模量、导电性、耐摩耗性以及耐疲劳性等优质性能。汇合自主研发的碳纤维产品包含了热塑性碳纤维、长碳纤维和热塑性连续纤维三大类。

热塑性碳纤维:热塑性碳纤维是碳纤维和热塑性树脂结合在一起形成的可以循环再用的可塑性材料。目前最先进的复合材料的典型代表,其特点是强度与刚度较高,蠕动小,热稳定高,线膨胀系数小;减磨耐磨,阻尼特性优良。热塑性碳纤维复合材料可以重复使用,且废料和边角余料可回收使用等优点,可代替部分镁铝合金等传统金属产品,大大降低产品自身重量,是其他复合材料所无法比拟的。

长碳纤维:汇合塑化独立生产研发的长碳纤维,又称作连续纤维,其粒子长度为12mm,汇合塑化在长碳纤维的研发生产的设备当中投入了200万人民币,李志刚笑称“这个产品我们闭着眼睛也是可以做的。”在长碳纤维的研究阶段,汇合塑化将其自主研发产品与日本的进口长纤尼龙做了大量的数值比对发现,日本长纤尼龙的强度还不如汇合塑化的小粒子强度。从制品角度看,这意味着其纤维和树脂的接面没有做好,不成熟的工艺决定了纤维和树脂的结合是不稳固的。对此,李志刚表示:“无论是国内还是国外的技术,纤维与树脂之间的结合时间是有限的,所以工艺在其中起着重中之重的作用。”

热塑性连续纤维:目前,汇合塑化正着手研发热塑性连续纤维,也叫作热塑的预浸料,李志刚表示:“这部分材料当前是一个国际难题,主要存在的问题是耐高温树脂方面,这种树脂叫做聚苯硫醚(PPS),汇合塑化跟进了PPS的研发生产7年之久,在2015年将其生产出来,但是PPS的耐高温值仅仅280度,在中国有一款聚醚一同(PEEK)的树脂能够耐高温值超过300度,但是在国内只有这一种产品可以达到技术要求。目前,这个课题在中国是重大项目的攻关难题,也是汇合塑化理想!”

目前,汇合已成功研发了热塑性碳纤维复合材料系列产品50余种,填补了国内空白,成为中国唯一从事热塑性碳纤维材料研发并量产的生产基地。

“要呵护现在来之不易的成果及市场,就必须每一个细节做到极致!”在采访结束时,李志刚掷地有声的说出了碳纤维行业从业者的心声。这个被科学家们喻为“人类高分子合成材料的时代”的大背景下,李志刚和他的碳纤维技术更令人期待!

碳纤维 塑化 复合材料