Високо{0}}ефективните влакна са ключова част от индустрията за нови материали. Те са стратегически материали за сектора на химическите влакна в Китай. Развитието им оказва влияние върху националната икономика и стратегическата сигурност. През последните десетилетия, с подкрепата на правителството, предприятията, изследователските институти и индустриалните асоциации, Китай се фокусира върху критични технологии, разшири приложенията надолу по веригата и насърчи индустриалния мащаб, техническия прогрес и развитието на системите. Тези усилия намалиха почти 30-годишната разлика с развитите страни, постигайки пробиви и забележителни резултати.

Понастоящем вътрешните въглеродни влакна представляват около 28% от световното производство, арамидните влакна около 23%, а ултра{2}}полиетиленовите-влакна с високо-молекулярно тегло (UHMWPE) около 66%. Като цяло Китай се превърна в една от водещите страни по производствен мащаб и обхват на приложение. Производството на въглеродни влакна, арамидни влакна, UHMWPE и базалтови влакна се нарежда в челната тройка в света, като масовите продукти достигат напреднали глобални нива по отношение на технология, продукция и качество.

Бързото развитие на местни влакна с висока-производителност повишава конкурентоспособността на производството и допринася за космическата промишленост, отбраната, вятърната енергия, гражданското инженерство, леките автомобили и морското инженерство.

1. Стабилно разширяване на мащаба на индустрията

През 2021 г. общият-капацитет на високоефективни влакна в Китай достигна около 195 000 тона, с производство от 102 000 тона. Производството на въглеродни влакна, арамидни влакна, UHMWPE и непрекъснати базалтови влакна надхвърли 10 000 тона всяко. Производството на въглеродни влакна достигна 29 000 тона, покривайки класове с висока-якост, среден-модул, висок-модул и ултра{15}}висок{16}}модул (еквивалент на T300, T700, T800, T1000, M40, M40J, M55J, и т.н.).

Други влакна като полифенилен сулфид (PPS) и политетрафлуороетилен (PTFE) се развиват стабилно, докато полиетер етер кетон (PEEK), силициев карбид, поли(p-фенилен бензобисоксазол) (PBO) и изцяло ароматни полиестерни влакна отбелязаха нов напредък в ключови производствени технологии.

2. Значително подобрение на технологията и оборудването

Техническото ниво на високо{0}}производителните влакна се подобри с по-добро качество на влакната, продуктова диференциация и производствена стабилност.

а. Въглеродни влакна
Сега Китай има три системи за производство на прекурсори: DMSO, DMAc и NaSCN. Процесите на сухо-мокро предене и мокро предене се оптимизират постепенно, подобрявайки ефективността на производството. Ключовите технологии напреднаха от индустриализирането на T300 до T700, T800, 24k въглеродни влакна и пробиви в T1000, T1100, M55J, M60J и 48k въглеродни влакна. В сравнение с японските Toray, китайските DMSO-въглеродни влакна покриват почти всички еквивалентни степени.

b. Органични влакна с висока{1}}производителност
Пара-арамидът достигна хиляди-тона индустриализация. Пара-арамидите с висока-якост и висок{4}}модул на еластичност вече се произвеждат в страната и са проверени в личните предпазни средства. Оцветяеми пара-арамидни нишки и влакна с ултра-висока-якост (еквивалентни на Kevlar KM2) се предлагат за военни каски.

UHMWPE влакната са подобрени по отношение на висока якост, висок модул, фин дение, устойчивост на топлина и устойчивост на пълзене. Разработени са и нови технологии за-специфични смоли.

Полиимидните влакна са напреднали в синтеза на полимери, оформянето на влакната, последващата-обработка и оборудването, произвеждайки високо-топлинни, топлинно-оцветяеми и високо-якостни високо-модулни серии в различни дениери. PPS влакната вече предлагат продукти с фин дение (1,1 dtex) за по-прецизно високо-температурно филтриране. Иновациите в производството на PTFE влакна подобряват филтрирането и здравината, позволявайки многослойна филтърна среда за контрол на индустриалните емисии.

c. Неорганични влакна с висока{1}}производителност
Непрекъснатите базалтови влакна са постигнали серия с висока-якост, висок-модул и алкална{2}}устойчивост. Симулацията на пещта и оптимизираният дизайн подобряват ефективността на производството и намаляват разходите. Непрекъснатите влакна от силициев карбид имат напреднала индустриализация от второ-поколение и се тестват в аерокосмически двигатели и компоненти за ядрена енергия.

d. Оптично оборудване
Ключово оборудване за производство на полиимид, UHMWPE, въглеродни влакна и арамидни влакна е местно разработено и модернизирано, с капацитет на една-линия над 300 тона/година за линии от UHMWPE и 3000 тона въглеродни влакна. Графитни пещи с ширина до 1000 mm се произвеждат в страната, което гарантира независимост от чуждестранни технологии.

3. Подобрени продуктови приложения

Домашните влакна с висока-производителност се прилагат широко в космическата промишленост, отбраната, вятърната енергия, гражданското строителство, автомобилостроенето, железопътния транспорт, мореплаването, комуникациите, защитното оборудване, опазването на околната среда и спорта.

През 2021 г. общото вътрешно потребление достигна 149 000 тона:

Въглеродни влакна: 62 300 тона (46,5% вътрешни), главно за лопатки на вятърни турбини (22 500 тона).

Арамидни влакна: 26 000 тона, със стабилно търсене в изолационни, пожароустойчиви и бронирани приложения.

UHMWPE: 25 000 тона, отглеждане във въжета, устойчиви на порязване-ръкавици и потребителски пазари.

Защитните тъкани-на основата на полиимид се използват в горското и полицейското защитно облекло.

4. Платформи за иновации

Китай е изградил платформи за научноизследователска и развойна дейност, обхващащи основни изследвания, критични технологии и демонстрации на приложения, като Националния изследователски център за инженерни технологии за въглеродни влакна и Националния център за инженерни технологии за арамид. Университети като Пекинския химикотехнологичен университет, Шандонгския университет и Donghua University си сътрудничат с индустрията за справяне с основните технологии.

Националният иновационен център за усъвършенствано функционално производство на влакна, създаден през 2019 г., ускорява надграждането на индустрията и устойчивото развитие.

5. Политическа подкрепа

Политиките от 2000-те години на миналия век, включително „13-ия пет-годишен план“ за наука, стратегически нововъзникващи индустрии и нови материали, подкрепят разработването на високо-производителни влакна. Военните и отбранителните приложения получават специално финансиране, което насърчава научните изследвания, индустриализацията и приемането на пазара.

6. Икономическо и социално въздействие

Вътрешното-производство на влакна с висока производителност разрушава чуждите монополи, повишава конкурентоспособността на производството и поддържа приложения в космическата промишленост, отбраната, вятърната енергия, строителството, автомобилостроенето, мореплаването и околната среда.

Например, намаляването на теглото на превозното средство със 100 kg намалява емисиите на CO₂ с 5 g/km, а 20% по-леки самолети намаляват годишните CO₂ със 140 тона. Въглеродните влакна също поддържат приложения за зелена енергия във фотоволтаици, вятърна и водородна енергия.

Високо{0}}производителните влакна са от съществено значение за китайското производство и стратегия за развитие на високо{1}}качество. Очаква се до 2025 г. вътрешното научноизследователска и развойна дейност и производство да достигнат международни нива с разнообразни продукти, мащабируем капацитет и независимо ключово оборудване.

Индустрията ще се съсредоточи върху високо-производителни, ниски-разходи и стабилни технологии за масово производство, образувайки цялостна екосистема „дизайн–производство–оценка–проверка“. Това ще разшири приложенията в отбраната и ключови икономически сектори, укрепвайки технологичната независимост на Китай.

Източници: Високо{0}}технологични влакна и приложения, Китайско общество за композити, Машиностроителни материали (частично съдържание от онлайн източници).