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融合发展,共享化纤前沿技术
文章来源:纺织服装周刊 2019-07-01



“先进复合材料及轻量化材料应用高层论坛”暨“中国化纤科技大会(泉州2019)”举办

  本刊记者-郭春花   

  当前,纤维材料已成为全球发展最快和最活跃的科学技术领域之一,纤维材料领域的高科技正推动着纤维材料迅速并带有颠覆性的发展。专家指出,未来中国纺织服装品牌发展将主打科技牌,如何打好这张牌,纤维材料将发挥重要作用。为共享纤维材料领域最新科技进展,“先进复合材料及轻量化材料应用高层论坛”与“中国化纤科技大会”已联手举办五年,致力于传播化纤产业链上下游的最新技术成果和前沿技术,逐渐发展成为中国化纤科技界高规格、高层次、高水平的学术性、技术性盛会。  

  6月21~22日,由中国工程院环境与轻纺工程学部、中国化学纤维工业协会、中国纺织工程学会联合主办,泉州市人民政府支持,中国纺织工程学会化纤专业委员会、中国化学纤维工业协会相关专业委员会及分会承办的“先进复合材料及轻量化材料应用高层论坛”暨“中国化纤科技大会(泉州2019)”在泉州举办。

  中国纺织工业联合会原会长王天凯,中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平,中国工程院院士蒋士成、俞建勇,国家发展和改革委员会巡视员王东、干部张曙光,中国工程院环境与轻纺工程学部孙啸涛,工业和信息化部原材料司副处长罗其明、消费品工业司副处长纵瑞龙,中国纺织工程学会副理事长龚进礼,中国化学纤维工业协会副会长贺燕丽、陈新伟、赵向东,中纺联办公室主任段红,中国纺织工业联合会科技部副主任王玉萍,泉州市人民政府副市长吕刚、工业和信息化局局长黄国富等领导,以及来自纺织化纤领域的专家、学者、科研骨干、企业代表以及关注纺织化纤及相关领域的业界同仁共500人参加会议。




  科技催生新一代纤维产业体系建立

  今年是新中国成立70周年,70年来,科技进步日新月异,创新驱动成效突出,让我们国家一步一步变得更加繁荣和富强,中华民族迎来了从站起来、富起来到强起来的伟大飞跃。从“科学技术是第一生产力”到“创新是引领发展的第一动力”,从实施科教兴国、人才强国战略到深入实施创新驱动发展战略,我国科技步入快速发展轨道,成为具有全球影响力的科技创新大国。

  蒋士成在致辞中提到,我国是一个化纤生产大国,新时代下正在向化纤强国迈进。2018年,我国化纤产量达5000万吨,占世界化纤总量的70%以上,化纤工业的强国地位初步显现。目前,我国纤维新材料,特别是高新技术纤维的研究技术水平取得了很大进展,与发达国家先进水平的差距大幅缩小。高新技术纤维品种逐步拓展,主要产品品种已基本覆盖,且产量逐步提高,部分产品也已达国际先进水平。生物基化学纤维快速发展,产业化关键技术不断突破,产品种类增速,产品经济性增强,显示出强有力的发展势头。通用纤维的高性能化、功能化和产业化达到国际领先水平。

  但蒋士成提到,和国外水平相比,我国化纤面临着自主创新能力不足,高新技术纤维核心技术和关键设备及应用开发都亟待突破,生物基化学纤维关键原料与核心菌种还受制于国外,装备及原料不配套,国际依存度高,竞争能力不强,纤维材料自主品牌和营销网络建设亟待加强等不利因素制约着我国化纤行业发展。未来,我国化纤行业亟待加强应用基础研究,拓展实施国家重大科技项目,突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新,为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。

  当前,纤维材料已成为全球发展最快和最活跃的科学技术领域之一,先进纤维材料领域的科技革新正推动产业发生颠覆性变化,并催生新一代纤维产业体系建立,高性能、多功能、智能化、绿色纤维已超越传统纤维产业,成为航天军工、先进制造业、智能与功能、医疗健康、安全与防护、新能源等领域的关键战略材料。

  近几年,国务院、发改委、工信部、科技部等有关部委发布了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《〈中国制造2025〉重点领域技术路线图》、《工业强基工程实施指南(2016—2020年)》、《关于加快新材料产业创新发展的指导意见》《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》等系列产业发展规划,进一步明确了关键基础材料产业发展的目标和任务。在高性能纤维材料方面,重点发展高性能碳纤维、对位芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺纤维、碳化硅纤维等产品;在生物基化学纤维材料方面,重点发展新型溶剂法纤维素纤维、聚乳酸纤维、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维、生物基聚酰胺纤维等产品;在纸基新材料方面,重点发展航天航空、轨道交通、无人机制造等领域用纸基新材料;在高端产业用纺织材料方面,重点发展土工建筑纺织材料、高端医卫非织造材料及制品、高性能安全防护纺织材料、高温过滤纺织材料等产品。整合新材料产业优势资源,鼓励上下游企业和产学研联合攻关,集中力量重点突破核心技术的产业化应用。

  重视创新,加大可持续发展

  会上,端小平作主旨报告。他从可持续发展的定义与内涵、行业所面临的资源与环境背景、支撑可持续发展的技术体系等方面分析了可持续发展的重要性、必要性、紧迫性,并就与可持续发展相关的几点——创新、智能制造、塑料微粒及解决方案、材料科技与绿色发展、人才与研发等和现场嘉宾进行了交流。

  化纤工业要实现可持续发展,既要满足当代人的需要,又不可对后代人满足其需要的能力构成危害,同时需不断提高生存和竞争能力,以避免被市场淘汰。要把两者兼顾好是对行业智慧的考验,适者才能生存。端小平从协会的工作创新谈起,对什么是创新、为什么创新、怎么创新进行解读,指出在现在相对困难的大环境下,创新更为重要。创新首要的是科技,在纺织化纤领域,需要整个产业链上下游协同合作,共同推动科技的进步。同时,创新不能与趋势作对,不能与潮流作对。目前,化纤行业的大趋势是:产业链整合、龙头效应、细分为王(在细分市场要做到最好),还包括智能制造、绿色制造、品牌制造等。如果企业不属于这些趋势中的一种,那就要引起注意了。

  结合化学纤维发展面临的资源与环境问题,端小平谈到了当今全球关注的新焦点:海洋垃圾——塑料微粒。国际第三方研究机构认为,全球“海洋微塑料污染”大多来自于纺织品,这些因素严重制约了合成纤维的可持续发展。在端小平看来,要解决这些问题,就要在生物来源、循环再利用、生物降解、绿色制造四个方面下功夫。

  在研发和人才方面,端小平呼吁,企业要对人才、对研发给予更多的重视。他说,产品是可以复制的,但是日积月累形成的产品研发体系和模式是很难复制的。现在很多企业都有创新研发中心,但不少企业给研发部门制定了短期研发目标,这是不可取的,研发需要日积月累,不能急功近利,不能给研发人员设置短期目标,同时企业要储备人才,留住人才,要做一些前瞻性研究,以免被新技术、新进入者颠覆。

  助推绿色发展再上新台阶

  绿色发展目前已成为行业大势。2016年,中国化纤工业协会顺势而为,开展了绿色纤维认证(以下简称CF认证)工作,如今已取得了可喜的成绩。会上,贺燕丽介绍,目前绿色纤维认证企业已达27家,还有一些企业正在申请中;认证产品覆盖再生涤纶,Lyocell纤维、壳聚糖纤维、PTT纤维,原液着色锦纶、涤纶、丙纶、芳纶、聚酰亚胺纤维等。2019年,编制发布了绿色纤维评价团体标准,引入中纺标作为第三方认证机构,修订了章程,完善了程序,建立了中国化学纤维工业协会·东锦绿色纤维推广基金,GF认证更加科学规范,在纺织业界的影响力日益扩大。

  贺燕丽介绍了《绿色纤维认证三年行动计划(2020-2022年)》。今后三年,行业将加大对GF认证持续不断的的宣传推广力度,使约100家以上化纤企业达到GF认证的要求并通过认证。通过GF认证的化纤企业的队伍不断壮大,工艺、技术和品质水平不断提高,产品品种规日益丰富,消费量大幅提升,认证的方式和规则更加科学规范,绿色制造和环境保护再上一个新的台阶。贺燕丽表示,未来,协会将从七个主要方面推进绿色纤维认证工作:一是进一步完善绿色纤维标志认证的核准程序;二是规范化纤企业绿色纤维认证下游企业的推广程序;三是进一步加大绿色纤维标志的宣传推广力度;四是建立和完善绿色纤维标志产品的评价体系;五是进一步提升企业的科技创新水平;六是推动绿色纤维标志认证与政府、金融界绿色发展专项相融合;七是按年度发布绿色纤维标志年度报告,推动绿色纤维标志产品手册通过形式审查、产品检测、现场检查和综合评定,

  此次会议还为烟台泰和新材料股份有限公司、杭州奔马化纤纺丝有限公司、中纺院绿色纤维股份公司、广东蒙泰高新纤维股份有限公司、江阴市华宏化纤有限公司、福建省长乐市立峰纺织有限公司6家企业颁发“绿色纤维认证”牌匾。

  会议举行了“中国化学纤维工业协会·恒逸基金”优秀论文颁奖典礼、“中国化学纤维工业协会·三联华鼎卓越基金”杰出工程师和杰出技术工人颁奖典礼、绿色纤维企业授牌仪式,并发布了2018年中国化纤行业产量排名结果。

  在随后进行的专题报告学术交流上,西南交通大学材料学院教授周祚万作题为“纤维素纤维浆制备技术及TBAE系溶剂法纤维素纤维纺丝工程化研究”的报告;东华大学信息科学与技术学院教授郝矿荣作题为“基于大数据感知及学习的化纤行业人工智能建设”的报告;巴陵石化股份有限公司高级工程师李先华作题为“锦纶产业链的炼化一体化——我国己内酰胺最新技术及进展”的报告。

  会议还举办了前沿制造技术与聚酯产业链创新发展科技论坛、绿色制造与生物基化学纤维科技发展论坛、高新技术纤维专业委员会年会暨高性能纤维与先进技术纺织品发展论坛、再生纤维素纤维行业最新技术及应用对接论坛、煤制乙二醇聚酯行业交流论坛、煤制乙二醇产品聚酯行业应用研讨会、中国化学纤维工业协会循环再利用化学纤维分会年会、锦纶行业规范赊销总结会等平行论坛。



纤维材料科技革新  推动产业颠覆式跨越

  此次大会以“科技驱动、融合发展、共享未来”为主题,邀请各领域专家学者带来精彩报告,为推动纤维材料产业科技进步与高质量发展提供助力。

  碳纤维如何助力交通工具轻量化?  

  中国商飞北京民用飞机技术研究中心副总设计师徐吉峰:复合材料比强度、比刚度高,可设计性强,可实现飞机燃油效率提高20%;抗疲劳、耐腐蚀,可以增进结构效率,在民用飞机上已有大量应用,其在民用飞机主结构上的应用需求引领了航空复合材料研究和发展的趋势,可提高飞机的安全性、经济性、舒适性和环保性,故复合材料和其他新材料的研究也越来越重要。

  但是复合材料结构的各向异性和脆性特性使得其在受载变形、损伤机理和破坏形式等方面与常规的金属材料都有显著差异。复材本身具有的有各向异性力学性能,给设计分析工作带来困难。相比传统金属结构,复合材料在飞机上应用面临新的技术挑战,一系列关键技术待突破,如连接分析、稳定性、损伤容限、适坠性、大开口、闪电防护、防火耐燃、防除冰、层间分析等。

  未来飞机设计将采用突破性的机身和推进技术,减少气动阻力,节约燃料; 注重提高安静环保性、舒适性;以超音速、超高音速飞行,结构高温效应明显。这就需基于先进材料的一体化结构设计,如功能复合材料要求更轻、更耐损、更耐高温;随着计算机性能提高,将实现总体、气动、结构、材料在同一框架下综合优化等。

  中车青岛四方机车车辆股份有限公司副总工程师丁叁叁:当前,高铁面临两个最大的困境,一是保证安全,要求使用材料提高耐疲劳、耐腐蚀性。二是提高效率,同样的车拉更多的乘客,让车更轻一点,这就需要轻量化材料案。

  轨道车辆未来的发展是要追求高速、高效、绿色、智能,研制时速600公里高速磁浮、时速400公里以及上动车组、双层动车组,这些都需要更轻更强的材料。总之,以轻量化为核心的综合解决方案,是未来技术的基础;同时要提效能,以应对传统材料日益突显的瓶颈,材料需轻量化、减冲击、提载重、高耐候、高可靠、高可用、高寿命、少维护。这将为CFRP技术应用推广提供难得的契机。

  基于此,建议行业主管部门加强CFRP复材产业推进及协调力度,相关企业与机构有序推进,提高生存及发展能力;积极争取高铁CFRP应用技术的国家项目,争取相关标准研究、整车研制及示范工程项目尽早立项。CFRP复材以其轻量化、高强度、抗腐蚀、耐高温等性能优势,可解决高速列车面临的诸多技术问题,经长期科学探索,必将克服各种技术经济困难,得到广泛应用。

  国际汽车轻量化绿色科技联盟执行会长陈平生:面对日益严峻的油耗法规,世界各国车企都在采取积极的措施以推动汽车产品的节能减排,以燃油汽车为例,通过轻量化使得整车减重10%,可降低油耗6%~8%、排放减少10%、制动距离减少5%、加速时间减少8%、加速时间减少8%、轮胎寿命提高7%,疲劳寿命显著提升,并且更能提升整车安全性能。

  2018年全球汽车轻量化市场7172亿,预计2020年全球汽车轻量化市场将达到12416.6亿。未来三年,中国汽车轻量化市场将达到5000亿,其中新能源汽车轻量化市场350亿。那么,实现新能源汽车轻量化技术的路径是什么?需要更安全、更节能、更环保、智能制造模块化集成,通过零部件结构设计优化与CAE模拟分析、高强轻量化材料及先进制造技术量化应用,实现量产车型的轻量化。




  碳纤维在能源、制造业等领域有哪些应用进展?  

  江苏澳盛复合材料有限公司技术总监严兵:叶片是风机的关键部件,涉及结构、气动、工艺等领域。叶片的长度和风机的功率成正比,功率越大,叶片越长。由于现有材料不能很好满足大功率风力发电装置的需求,玻璃纤维复合材料性能已经趋于极限,因此,在发展更大功率风力发电装置和更长转子叶片时,采用性能更好的碳纤维复合材料势在必行。而当叶片超过一定尺寸后,碳纤维叶片反而比玻璃纤维叶片便宜,因为材料用量、劳动力、运输和安装成本等都下降了。

  综合考虑风电机组的全生命周期,碳纤维的应用前景将更加广泛。但是还需要正确看待碳纤维材料在应用中存在的问题,未来应将研究重点放在大丝束碳纤维、工艺创新、热塑性碳纤维复合材料叶片、碳纤维复合材料的回收等方面。

  沈阳斯林达高压容器有限公司总经理姜将:碳纤维缠绕气瓶的应用领域主要有航空航天用高压气瓶、呼吸器用气瓶、车用气瓶、运输用气瓶等,并已经有了商业化应用,如2008年奥运会车用储氢气瓶、2010年上海世博会车用储氢气瓶以及2016年上汽荣威950 70MPa国内唯一乘用车应用等。目前,斯林达正在研究70MPa车用Ⅲ型储氢瓶、70MPa车用Ⅳ型储氢瓶的关键技术及应用。

  东华大学纤维材料改性国家重点实验室副主任余木火:中国制造业有巨大潜在市场,有望引领轻量化复合材料产业发展。轻量化复合材料在制造业应用及其关键技术发展主要有以下几个趋势:一是全球碳纤维、芳纶不断扩产能,成本不断下降;二是碳纤维、芳纶制造技术不断进步,成本不断降低;三是碳纤维、芳纶性能不断提高;四是复合材料自动化量产技术发展迅猛;五是各行业开始尝试使用复合材料,在中国,风电、大型客机、高铁汽车(氢气瓶、电池盒、传动轴、轮毂、板簧)、建筑、海洋、化工等行业已走在应用前列;六是针对目标零部件,研发全产业链低成本化技术体系,将给予细分市场龙头企业很大机遇。

  复合材料在制造业中大规模应用的关键技术是低成本化。围绕低成本化的实现途径,东华大学目前正在对CFRP车身底盘电池盒一体化结构的研究、热塑性复合材料预浸料的工业化生产及应用、CFRP电池盒结构的设计(低成本+自动化量产+轻量化)、电池盒专用预浸料(室温储存+快速固化+阻燃)以及CFRP高铁转向架等进行研发。  

  碳纤维未来的发展趋势是什么?  

  吉林化纤集团董事长宋德武:在生产过程中,要从高纯化、致密化、细晶化、均质化等方面保证纤维性能。原因在于,优质原丝是制备高性能碳纤维的首要条件,杂质缺陷最少化可提高强度,原丝、预氧丝、碳纤维均质化,可使纤维结构和性能径向分布基本均匀,没有明显的皮芯结构,缩短预氧化时间,提高效率,可降低碳纤维成本。

  未来,碳纤维企业在产业链上分工会更加细致,大丝束会越来越凸显,细旦化、差别化是方向,原丝生产越来越受到重视。基于此,建议一是支持连续生产、具有规模的碳纤维制造者,只有产业化、规模化才能促进质量进步、成本降低;二是市场化同时差别化,突出各自特性需要差别化,实现高效应用、降低成本;三是完善生产、应用、检测等标准;四是工艺技术消化与加工装备能力提升,加快装备国产化速度;五是碳纤维及复材是一门复杂科学,要依靠靠产业基础以及市场开发,找对人、做对事;六是碳纤维产业运行需要关注安全与环保。

  苏州华特碳纤维有限公司总经理熊飞:与传统车身材料相比,碳纤维复合材料具有优异的力学性能、灵活的结构设计以及良好的耐腐蚀性能等特点,在汽车领域有着非常广泛的应用,如车身、底盘、内饰、外饰、动力系统等。目前,碳纤维的应用车型主要有宝马I3/I8、奔驰SLK200碳纤维限量版、通用科尔维特、福特GT2016、奥迪新版Q6e-TRON等。

 
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