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本人校碳纤维成果突破国际垄断(monopoly),PA

文章作者:国际学校 上传时间:2019-08-31

新闻中心讯 一条年产3000吨原丝、1500吨碳纤维的生产装置,眼下正在中石化上海化工有限公司紧张建设、试车,到2013年底整个工程投产后,一批可连续稳定生产的高品质碳纤维将投放国内市场,打破国外优质碳纤维的垄断形势。这是我校高分子科研小组与上海石化科研团队在碳纤维研究和产业化方面取得的突破性成果,在解决国家重大需求方面做出了实质性贡献。

新闻中心讯 9月16日下午,通用高分子材料高性能化协同创新中心建设研讨会在复旦大学逸夫科技楼多功能厅隆重举行。

12月14-15日,中国石化召开2017年度“十条龙”科技攻关工作会议,由上海石油化工研究院与上海石化等单位共同承担的中国石化“十条龙”科技攻关项目“PAN基碳纤维成套技术开发”通过“十条龙”科技攻关领导小组审议,批准“出龙”。

碳纤维研究取得重大突破

会上,复旦大学、中石化北京化工研究院、上海石化三方正式启动协同创新中心的培育组建。校党委书记朱之文、校长杨玉良、副校长金力,中石化北京化工研究院副院长乔金樑、副总工程师张师军,上海石化总经理王治卿、副总工程师任国强等出席了建设研讨会。

碳纤维是高科技领域中新型工业材料的典型代表,在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面,发挥着非常重要的作用。为了加快腈纶产业结构调整的步伐,中国石化将“PAN基碳纤维成套技术开发”列入2010年“十条龙”科技攻关项目,在二甲基亚砜法和硫氰酸钠法两种碳纤维制备路线上同时布局。

2008年2月,我校与中石化上海化工有限公司签订了《碳纤维研究》合作协议书,成立了上海石化-复旦大学碳纤维研究课题组,开始在碳纤维研究方面的合作。我校杨玉良院士和上海石化张建平副总经理任课题组组长。该项目先后列入科技部863和973攻关项目。

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在早先进行的技术鉴定会上,与会专家一致认为,本项目攻关形成了千吨级12K通用级SCF35碳纤维产业化规模的原丝及氧化炭化成套技术工艺包,建成500吨/年碳纤维的产业化装置,成功打通12K碳纤维的小试和模试制备全流程,在吨级二甲基亚砜湿法模试装置上多批次稳定制得公斤级SCF55高性能碳纤维,具有创新性和自主知识产权。

在充分了解我国碳纤维发展面对的瓶颈问题之后,课题组采取与以往截然不同的总体思路。杨玉良带领的研究团队拥有近十年在解决国家重大需求方面问题所积累的经验基础,以及长于高分子聚合反应等研究以及基础理论分析和计算、模拟等优势。他们将PAN基碳纤维研制、产业化链条上各环节存在的难题通过阅读文献和理论计算,抽提出一系列关键的科学问题,从理论上理清作为碳纤维材料的结构与性能的关系,再有的放矢地辅以必要的关键性实验。这一科研路径选择,完全避免了以往碳纤维研制中过多依靠随机性试验的弯路,大大节省了研发时间和资金投入。

朱之文、乔金樑和王治卿共同为通用高分子材料高性能化协同创新中心揭牌。金力、乔金樑和王治卿分别代表复旦大学、北京化工研究院和上海石化讲话。

历经七年的技术攻关,攻关团队通过在连续水相沉淀聚合、凝聚态PAN高分子流变学、PAN-NaSCN-H2O三元体系凝固成型、氧化过程耦合双化学反应的拉伸流变模型建立等四个方面的理论创新,采用自行研制的国内独有的硫氰酸钠法溶剂路线,开发出集成了聚合、原液、纺丝、氧化炭化、碳纤维表面处理及上浆剂、有害气体的达标治理排放技术等八项研发创新的成套技术。

经过三年多我校碳纤维项目课题攻关组与上海石化腈纶部的相关研究人员多次交流及合作,项目目前进展顺利。今年3月17日,中石化第一次打通原丝到碳丝生产的全流程,产出满卷5000米/卷的碳纤维,强度和模量均明显超过了日本T300级水平。

金力表示,校企协同创新不仅是大学适应时代发展要求的时代责任,也是推动大学自身发展的内在需求。复旦大学正在积极抢抓机遇,在能源、材料、生物、医学等战略领域开展前瞻布局。长期以来,复旦大学一直坚持面对国家重大需求,在基础研究方面开展研究,并进一步通过指导产业化生产,为国家做出实质性贡献。同时,复旦大学也希望通过这个协同创新中心的试点,争取成为校企协同创新的典范,带动复旦的协同创新体制机制改革和创新能力的全面提升,加快建设世界一流大学的步伐。

由上海院牵头攻关的二甲基亚砜法制备SCF55碳纤维技术,突破了共聚组分分子设计、高粘流体传质传热、聚合单体联动耦合、凝固成型截面孔洞控制、凝固成型皮芯结构、原丝聚集态结构控制、原丝与碳纤维结构-工艺-性能关联性等七项关键技术。通过基础理论研究,明确了聚合、纺丝、氧化炭化等过程中PAN纤维的结构演变规律,建立了SCF55碳纤维及各阶段纤维质量控制指标。建立了原液制备、纺丝、氧化炭化石墨化、复合材料创新等四个平台,为中国石化碳纤维、腈纶、维纶等产品升级提供有力技术支持。

该成果采用独特的硫氰酸钠法路线,而不是此前国际上普遍认定的惟一正确路线亚砜法。与亚砜法相比,硫氰酸钠法污染明显小,成本相对低。这还意味着,我国拥有该工艺的完全自主知识产权,不会在扩大生产规模后因为沿用某些国外专利工艺而引起质疑和纷争。

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产学研合作要做到无缝衔接

据介绍,高分子材料在国民经济和社会可持续发展战略中占有重要地位。复旦大学、中石化北京化工研究院和上海石化共同培育,组建行业产业类“通用高分子材料高性能化协同创新中心”,将以解决大品种通用高分子、高性能碳纤维等若干国家重大需求为总体目标,通过高校与工业研究院、大型企业的强强联合,创造产学研用合作共赢的无缝衔接新模式,建成代表我国通用高分子材料领域科学研究、产业开发和人才培养水平与能力的研发高地。

如何将科研单位的实验室理论成果转化为工业生产,是一个中外科研体制中都会遇到的重要问题。课题组将与中石化之间的产、学、研合作模式概括为:首先以基础理论作为先导,将工艺路线上存在的问题进行科学提炼;采用理论、计算结合适当的实验,从源头上搞清楚其中的基础问题,知其所以然,以便可以举一反三;科研人员与企业必须做到全程密切商榷研讨,实验室成果可以直接“指挥”企业生产,促成工程化实践的改进和即时互动调整。

1999年至今,以杨玉良院士为首席科学家的研究团队与中石化北京化工研究院和上海石化一起承担了关系国计民生的通用高分子材料和具有国家战略意义的碳纤维材料的研究,在国家科技部重大科技项目“通用高分子材料”及“高性能碳纤维”项目的支持和牵引下,为解决企业产业化生产中的实际问题做出了突出的贡献。如双轴拉伸聚丙烯(BOPP)已完全替代进口并开始出口,彻底改变了我国原先此材料基本依赖进口的被动局面;在高性能碳纤维研究与产业化生产方面,2010年3月,3000吨/年硫氰酸钠法原丝工艺软件包和1500吨/年碳纤维整体工艺开发通过中石化鉴定并开工建设(总投资8.4亿),该项目一期工程已于2012年3月第一次打通全流程,预计于2013年底全部完工。复旦大学和上海石化的合作创造了一种产学研合作的新模式,被中石化集团誉为公司有史以来产学研合作最为成功的典范。

课题负责人杨玉良认为,其关键在于政产学研用的结合,能否形成一种无缝衔接的运作机制。把人才培养和创新结合起来,通过项目合作的基础研究、生产开发、生产一线紧密结合,使得处在各个阶段的人员都得到更全面的培养,是中石化与课题组十多年间“合作愉快”、并被中石化方面称为“完美模式”的重要因素之一。

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2013年底整个工程建设将完成。届时,国外优质碳纤维在国内的垄断将被打破,国家在航空航天、国防军事和商用大飞机等领域多年面对的材料困扰,可以部分地得到解决,这不啻为一个国内科研与产业划时代的重大突破。

通用高分子材料高性能化协同创新中心将下设理事会,实行首席科学家负责制。根据学科互补、距离相近的原则,经中心理事会同意可吸收其它单位加入。此次召开协同创新中心建设研讨会,将在科技创新、人才培养和体制机制建设等各方面达成共识,全力保障中心的建设,并为建成行业产业类的协同创新中心打下坚实的基础。

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