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炭素繊維：「材料クラウン上のビーズ」

2024/9/3 11:14:00 150

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　　飛行機、風(fēng)力発電羽根、斜拉索大橋、専門自転車、バドミントンラケット……無関係に見えるこれらのものは、実は同じ新しい材料である炭素繊維を使用しています。

　　この良質(zhì)な材料の背後には複雑な技術(shù)技術(shù)技術(shù)がある。核心技術(shù)を攻略するには、コツと近道がない。海外の技術(shù)封鎖に直面し、炭素繊維という「材料クラウンの真珠」を外すために、中國人は困難な研究開発を経験した。

　　「材料クラウンのビーズ」

　　「炭素繊維は不思議な材料である」。中國建材グループの中復(fù)神鷹黨委員會書記、副社長の羅皞宇氏によると、材料は製造業(yè)の基礎(chǔ)であり、炭素繊維関連製品は航空宇宙、風(fēng)力発電ブレード、スポーツレジャー、圧力容器、炭素/炭素複合材料、交通建設(shè)などの分野に広く応用されており、その重要性は言うまでもない。

　　このように広く応用されているのは、炭素繊維の特性と関係がある。

炭素繊維の高溫耐性実験。李太源撮影

　　炭素繊維は優(yōu)れた力學(xué)性能と化學(xué)安定性を持ち、密度はアルミニウムより低く、強度は鋼より高く、ステンレス鋼より耐食性であり、現(xiàn)在大量生産されている高性能繊維の中で最高比強度と最高比弾性率を持つ繊維である。

　　長さ1メートルのSYT 65（T 1000級）炭素繊維の束で、重さは0.5グラムしかないが、その強度は500キロ程度の力を擔(dān)うことができる。指の太い炭素繊維の束で、2機の飛行機を引っ張ることができます。

王水中での炭素繊維の腐食試験。炭素繊維（左）は王水中では何の反応もなく、針金（右）は腐食反応があった。李太源撮影

　　また、炭素繊維で作られた超軽量自転車フレームは、2本の指だけで持ち上げることができます。炭素繊維を腐食性の強い「王水」に入れても「波瀾不驚」であり、肉眼では明らかな反応は観察しにくい。

超軽量炭素繊維自転車フレームで、女の子は2本の指を持ち上げることができます。李太源撮影

　　このような良質(zhì)な特性に対応するのが、炭素繊維の複雑な生産プロセスである。

　　公開資料によると、炭素繊維の生産は百以上の工程を経て、300以上の重要な技術(shù)、三千以上の技術(shù)パラメータを経て、10以上のシステムの集積を経てようやく完成することができる。そのため、炭素繊維は「材料クラウン上のビーズ」とも呼ばれている。

　　「1日にサンタナを“焼く”」

　　この「材料クラウンの真珠」を外すために、研究者は困難な研究開発過程を経験した。

　　我が國の炭素繊維の研究開発は1960年代初めから始まったが、肝心な核心技術(shù)は長年突破できず、関連製品の輸入依存が深刻になった。

　　一方、核心技術(shù)を掌握している「炭素繊維強國」は、我が國が必要とする炭素繊維に対して「技術(shù)、裝備、製品」の3つの封鎖を?qū)g行している。中國の研究開発者は「別の道を切り開く」しかなかった。

　　2005年9月、中復(fù)神鷹は炭素繊維プロジェクトを正式にスタートさせ、その後、高溫ドラフト機、濕式紡糸技術(shù)百トン糸、千トン糸原糸の製造と炭化技術(shù)などの全プロセスのキー技術(shù)を相次いで攻略した。2007年、中復(fù)神鷹の産業(yè)化生産の第1陣の炭素繊維がラインオフした、2008年には千トンSYT 35（T 300級）炭素繊維生産ラインを建設(shè)した。

　　2006年-2012年、中復(fù)神鷹は主に濕式プロセスT 300炭素繊維の研究開発と生産に従事し、千トンSYT 35（T 300級）炭素繊維次元生産ラインを建設(shè)し、安定生産を?qū)g現(xiàn)した。

　　しかし、T 300炭素繊維からSYT 65（T 1000級）炭素繊維への「グレードアップ」は、想像していたほど容易ではなかった。さらに、企業(yè)は研究開発のクライマックス段階で「サンタナを毎日“燃やす”」。

　　中國建材中復(fù)神鷹西寧公司の連峰社長は記者団に、この期間、同社は毎年「數(shù)十萬」の投資を行っていると伝えた。「前期は大量の研究開発費が投入され、新しい製品もなかったため、これは私たちが『最も暗い時期』を発展させ、毎日赤字を出しています」

　　數(shù)回の失敗を経て、2008年、中復(fù)神鷹千トン炭素繊維生産ラインが正式に生産を開始した。2012年、中復(fù)神鷹初のドライスプレー濕式紡績千トン級T 700生産ラインが完成し、生産を開始し、當(dāng)時の國內(nèi)最大、技術(shù)最先端のハイエンド炭素繊維次元生産ラインとなった。2018年、中復(fù)神鷹が先頭に立って完成した「ドライスプレー濕式紡績千トン級高強度/百トン級中型炭素繊維産業(yè)化の重要技術(shù)と応用」プロジェクトは國家科學(xué)技術(shù)進歩一等賞を受賞した。

　　中國人は世界の先進的なドライスプレー濕式紡績技術(shù)を用いて、「中國炭素繊維」の製造に成功した。

炭素繊維生産ライン。李太源撮影

　　「一家革新」が「N社更新」を牽引

　　「今では言うのは楽だが、當(dāng)時は本當(dāng)に難しかった」と、中復(fù)神鷹の張國良會長は感慨していた。

　　「例えば、紡糸液は空気層を通過しなければならない。この段階で最も難しいのは、どのようにしてそんなに短い時間の中で紡糸液の細流を素早く水の中から引っ張っていくかだ。紡糸液は水に入った後、自體に強度はないが、速い速度で前に引っ張る必要があり、すぐに強度を形成する必要がある。どうすればいいのか。溫度に頼らなければならない。この溫度を試しただけで、私たちはその時何度も試して、最後にやっと成功しました。また、紡糸速度、乾式噴濕紡績技術(shù)の場合、紡績速度をこれまでの70メートル/分から80メートル/分に一気に400メートル/分に高めることを意味しており、この技術(shù)の難しさはさらに予想される。このプロセスの理論モデルは、このように一歩一歩まとめて、少しずつ構(gòu)築されてきたと言えるでしょう」彼は言った。

　　最初の技術(shù)的な試みから、現(xiàn)在では1萬トンの炭素繊維基地が操業(yè)している。原材料企業(yè)が核心技術(shù)を攻略すれば、下流の各種生産企業(yè)は新材料を持って新製品を作ることができ、「1つの革新」が「N社の更新」を牽引することを?qū)g現(xiàn)した。

　　2021年9月、青海西寧にある中復(fù)神鷹西寧萬トンの炭素繊維基地が操業(yè)を開始し、これも世界で最も標(biāo)高の高い高性能炭素繊維生産基地である。全面操業(yè)後、同基地は世界で唯一2萬トンを超える高性能炭素繊維生産基地となった。

炭素繊維製品李太源撮影

　　連峰氏は、「これは私たちが市場の需要に応えることであり、グループの新材料分野での戦略的配置でもあり、新材料産業(yè)チェーンを大きく強化することだ」と直言した。

　　同氏によると、現(xiàn)在、同基地では主にT 700、T 800、T 1000の一連のレベルの製品を生産している。「これらの製品が大量に市場に供給された後、國內(nèi)の航空宇宙、風(fēng)、光、水素、新エネルギーなど多くの分野の応用をさらに満たすことができ、同時に我が國の炭素繊維の自主生産能力を保障し、重要な分野の材料の國産化を?qū)g現(xiàn)した」。

　　現(xiàn)在、中復(fù)神鷹連雲(yún)港本部はT 1100級炭素繊維の製造に成功していることが分かった。