近日，吉林化纖集團自主研發(fā)的48K大絲束碳纖維原絲順利通過碳化并持續(xù)批量生產(chǎn)。碳化效果超過預期，經(jīng)檢測碳纖維各項指標均超過T300水平。吉林化纖真正在工業(yè)化意義上生產(chǎn)出國內(nèi)首批48K大絲束碳纖維。
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碳纖維，密度只有鋼的四分之一，強度比鋼高四倍以上，是先進復合材料不可或缺的增強體，其對先進制造業(yè)的重要性不言而喻。然而，長期以來我國無法實現(xiàn)碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)，高性能碳纖維材料受到國外嚴密封鎖，制約了高尖端工業(yè)領域的發(fā)展。
如果要列舉世界上主要的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，日本的東麗、東邦、三菱人造絲是繞不過去的行業(yè)巨頭，美國Zoltek（卓爾泰克）、AKZO（阿克蘇）、德國SGL等公司也具有很強的實力，而如今有越來越多的中國企業(yè)在這一領域取得突破。
吉林化纖從2017年7月份開始研發(fā)48K大絲束碳纖維原絲。2018年7月，成功開發(fā)出48K碳纖維原絲的聚合、紡絲工藝技術，形成了千噸級聚丙烯腈基48K碳纖維原絲技術工藝包，批量試生產(chǎn)出48K碳纖維原絲。
48K原絲在吉林精功2000噸/年碳化生產(chǎn)線上進行氧化、碳化試驗，進行上下游聯(lián)合攻關。 8月17日，100束48K碳纖維原絲順利完成碳化。經(jīng)過測試，48K碳纖維拉伸強度、拉伸模量、層間剪切強度等技術指標均超過T300水平。
大絲束碳纖維是現(xiàn)代裝備制造業(yè)發(fā)展必需的新材料之一，主要應用于工業(yè)級精工用品等領域，預計未來幾年需求增速每年將超過16%以上，到2020年全球需求預計將達到15萬噸以上，我國將達到7.7萬噸以上。
吉林化纖集團碳谷公司經(jīng)理張海鷗介紹說，“1K碳纖維原絲中含有1000根單絲，48K原絲中就含有48000根單絲。在碳纖維行業(yè)內(nèi)，通常將每束碳纖維單絲根數(shù)大于48000根(簡稱48K)的稱為大絲束碳纖維。”
“48K碳纖維最大的優(yōu)勢，就是在相同的生產(chǎn)條件下，可大幅度提高碳纖維單線產(chǎn)能，實現(xiàn)生產(chǎn)低成本化，打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限，大幅提高市場下游鋪層效率，從而為發(fā)展碳纖維復合材料奠定基礎。”
吉林化纖48K大絲束碳纖維實現(xiàn)批量生產(chǎn)，對于碳纖維新材料廣泛應用于工業(yè)、民用領域具有劃時代意義，為建設制造業(yè)強國提供有力保障。
對于日本、美國這樣的碳纖維強國來說，大絲束碳纖維制備技術是其碳纖維行業(yè)實現(xiàn)低成本化的關鍵技術之一，大絲束也是碳纖維在工業(yè)領域大面積應用的主要技術路徑。中國碳纖維產(chǎn)業(yè)接下來要想進一步增強競爭力，大絲束是個重要的發(fā)展方向，也因此，大絲束近幾年成為我國市場上各方關注的熱點。但是，因為制備技術難度大，大絲束成為“一塊難啃的硬骨頭”，令不少國內(nèi)的碳纖維企業(yè)望而生畏。不過，這一情況正在被龍頭企業(yè)一步步突破。
碳纖維材料在紡織機械中的幾種應用形式
我國的紡織機械發(fā)展主要存在兩個問題：一是紡機裝備運轉速度較低；二是設備平均能耗較高。
為了進一步降低能耗、提高生產(chǎn)效率，紡織機械設備開始逐步在零部件中應用碳纖維材料。碳纖維質量輕，比強度卻很大，是中高端機械設備輕量化的理想材料。下文就針對目前紡織機械中碳纖維應用的幾種形式做一簡單介紹。
梭子和箭桿
梭子和箭桿是碳纖維復合材料在紡織機械中應用較早的形式。木制的投梭棒每根重達1.2kg，而碳纖維桿的重量僅有0.1kg;木梭的頻率約為120-130次/分，碳纖維復合材料桿的頻率至少能提高一倍;木梭的使用壽命僅有6個月，而碳纖維復合材料桿的使用壽命長達6-8年。
綜片框和纏線器卷芯
后來，隨著織布機的無梭化，轉數(shù)提高，織物的幅面變寬，生產(chǎn)效率顯著提高。在噴水孔室，轉數(shù)為1700rpm，杼寬達2m，為了抑制長大杼的變形，在綜片框上采用了輕質、高剛性的碳纖維復合材料?？棽紮C纏線器的卷芯通常是鋼管，插入紙管后，加氣壓則產(chǎn)生小突起，成為固定紙管的結構，但是缺陷是重量大。用碳纖維復合材料管替代后，重量減輕很多，插到直管上，無論是織布機的安裝作業(yè)還是從卷好的織物中取下的人力作業(yè)都輕松很多。
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尼龍齒輪
傳統(tǒng)的紡機設備用齒輪主要是純尼龍齒輪，由于強度低、抗疲勞性差、使用周期短，維護費用高，但是采用碳纖維增強尼龍制作的傳動齒輪導電性強，防靜電效果好，不僅具有一般鑄鐵件的導電性能，還能有效防止靜電的產(chǎn)生，降低火災等事故的發(fā)生幾率;強度大、韌性好，抗拉強度接近于屈服強度，對沖擊、應力震動有較強的能量吸收能力;耐磨、自潤滑效果好，減少油污，耐疲勞性好，使用壽命可以提高一倍;重量輕、噪聲小，噪聲比鑄鐵齒輪低30%，能耗降低20%，耐腐蝕，能抵御汽油、油脂、酒精、弱堿等的侵蝕。
以上的碳纖維材料應用還只是局限于體積小或者數(shù)量少的零部件上，在這些部位碳纖維材料的價值并沒有得到凸顯，與此相比，碳纖維輥軸的應用則是近幾年來紡織機械輕量化應用最有潛力的方向之一。
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碳纖維輥軸
輥作為紡織機械中主要的運轉部件之一，對紡織機械的整體設備性能影響很大，對產(chǎn)品的質量和穩(wěn)定性都有著直接的作用力。據(jù)國內(nèi)碳纖維輥的主要生產(chǎn)方無錫智上新材的負責人介紹，傳統(tǒng)的紡織機用輥多數(shù)是鋼制的，鋼輥的重量大、設備能耗高，為了滿足提速的需求還要不斷增加壁厚，從而引發(fā)一系列的弊端。采用碳纖維輥則能同時滿足重量輕、速度快、剛度好、變形小、能耗低等多種需求。
