Fibrele-de înaltă performanță sunt o parte cheie a noii industrie a materialelor. Sunt materiale strategice pentru sectorul fibrelor chimice din China. Dezvoltarea lor afectează economia națională și securitatea strategică. În ultimele decenii, cu sprijinul guvernului, al întreprinderilor, al institutelor de cercetare și al asociațiilor din industrie, China s-a concentrat pe tehnologiile critice, a extins aplicațiile în aval și a promovat scara industriei, progresul tehnic și dezvoltarea sistemului. Aceste eforturi au redus decalajul de aproape 30 de ani cu țările dezvoltate, obținând progrese și rezultate notabile.

În prezent, fibra de carbon autohtonă reprezintă aproximativ 28% din producția globală, fibrele de aramidă aproximativ 23% și fibrele de polietilenă cu greutate moleculară ultra{--molecular{- (UHMWPE) aproximativ 66%. În general, China a devenit una dintre țările de top în ceea ce privește scara de producție și gama de aplicații. Producția de fibră de carbon, fibre de aramidă, UHMWPE și fibre de bazalt se află în primele trei din lume, produsele principale atingând niveluri globale avansate în tehnologie, producție și calitate.

Dezvoltarea rapidă a fibrelor interne de-performanță înaltă sporește competitivitatea în producție și contribuie la industria aerospațială, apărare, energie eoliană, inginerie civilă, ușurință auto și inginerie marină.

1. Expansiunea constantă a industriei

În 2021, capacitatea totală-de fibre de înaltă performanță a Chinei a ajuns la aproximativ 195.000 de tone, cu o producție de 102.000 de tone. Producția de fibră de carbon, fibre de aramidă, UHMWPE și fibre de bazalt continuă a depășit 10.000 de tone fiecare. Producția de fibră de carbon a atins 29.000 de tone, acoperind grade de rezistență-înaltă, intermediare-, modul-înalt și modul ultra-înalt{- (echivalent cu T300, T700, T800, J, M, M.504 etc.).

Alte fibre, cum ar fi sulfura de polifenilen (PPS) și politetrafluoretilena (PTFE), s-au dezvoltat constant, în timp ce polieter etercetonă (PEEK), carbura de siliciu, poli(p-fenilen benzobisoxazol) (PBO) și fibrele de poliester complet aromatice au înregistrat noi progrese în tehnologiile cheie de producție.

2. Îmbunătățiri semnificative în tehnologie și echipamente

Nivelul tehnic al fibrelor-de înaltă performanță s-a îmbunătățit, cu o calitate mai bună a fibrelor, o diferențiere a produsului și o stabilitate a producției.

o. Fibră de carbon
China are acum trei sisteme de producție precursoare: DMSO, DMAc și NaSCN. Procesele de filare umedă cu jet-dry și filare umedă sunt optimizate treptat, îmbunătățind eficiența producției. Tehnologiile cheie au avansat de la industrializarea T300 la T700, T800, fibre de carbon de 24k și progrese în fibrele de remorcare T1000, T1100, M55J, M60J și 48k. În comparație cu Toray din Japonia, fibrele de carbon din seria DMSO-din China acoperă aproape toate gradele echivalente.

b. Fibre organice de-performanță înaltă
Para-aramidul a ajuns la industrializarea de mii-tone. Para-rezistența ridicată și-modul înalt-aramida sunt acum produse pe plan intern și verificate în echipamentele de protecție personală. Pentru căștile militare sunt disponibile filamente de para-aramid și fibre de ultra{-înaltă-rezistență (echivalent cu Kevlar KM2).

Fibrele UHMWPE s-au îmbunătățit în ceea ce privește rezistența ridicată, modulul ridicat, denierul fin, rezistența la căldură și rezistența la fluaj. De asemenea, au fost dezvoltate noi tehnologii-de rășini specifice fibrelor.

Fibrele de poliimidă au avansat în sinteza polimerilor, modelarea fibrelor, post-tratament și echipamente, producând serii de-căldură ridicată, colorabile la căldură-și de înaltă-rezistență-module înalte în diferiți denari. Fibrele PPS oferă acum produse cu denier fin (1,1 dtex) pentru o filtrare mai precisă la temperatură înaltă-. Inovațiile în producția de fibre PTFE îmbunătățesc filtrarea și rezistența, permițând medii de filtrare multistrat pentru controlul emisiilor industriale.

c. Fibre anorganice de-performanță înaltă
Fibrele de bazalt continue au atins serii de-rezistență ridicată,-modul ridicat și rezistente la-alcali. Simularea cuptorului și proiectarea optimizată îmbunătățesc eficiența producției și reduc costurile. Fibrele continue de carbură de siliciu au avansat a doua-generație de industrializare și sunt testate în motoarele aerospațiale și componentele de energie nucleară.

d. Echipamente de fibra
Echipamentele cheie pentru producția de poliimidă, UHMWPE, fibră de carbon și fibre de aramidă au fost dezvoltate și modernizate la nivel intern, cu capacități de o singură linie de peste 300 de tone/an pentru UHMWPE și linii de fibră de carbon de 3.000 de tone. Cuptoare de grafit cu lățimea de până la 1.000 mm au fost produse pe plan intern, asigurând independența față de tehnologia străină.

3. Aplicații îmbunătățite pentru produse

Fibrele de înaltă{0}}performanță domestice sunt aplicate pe scară largă în industria aerospațială, apărare, energie eoliană, inginerie civilă, auto, feroviar, maritim, comunicații, echipament de protecție, protecția mediului și sport.

În 2021, consumul intern total a ajuns la 149.000 de tone:

Fibră de carbon: 62.300 tone (46,5% intern), în principal pentru palele turbinelor eoliene (22.500 tone).

Fibră de aramidă: 26.000 de tone, cu cerere constantă în izolație, rezistență la foc și aplicații antiglonț.

UHMWPE: 25.000 de tone, în creștere în frânghii, mănuși rezistente la tăiere-și piețe de consum.

Țesăturile de protecție pe bază de-poliimidă sunt utilizate în îmbrăcămintea de protecție pentru pădure și poliție.

4. Platforme de inovare

China a construit platforme de cercetare și dezvoltare care acoperă cercetarea de bază, tehnologia critică și demonstrarea aplicațiilor, cum ar fi Centrul Național de Cercetare Tehnologică a Fibrei de Carbon și Centrul Național de Tehnologie de Inginerie Aramid. Universități precum Universitatea de Tehnologie Chimică din Beijing, Universitatea Shandong și Universitatea Donghua colaborează cu industria pentru a aborda tehnologiile de bază.

Centrul național de inovare în producția de fibre funcționale avansate, înființat în 2019, accelerează upgrade-urile industriei și dezvoltarea durabilă.

5. Suport pentru politici

Politicile din anii 2000, inclusiv „al 13-lea plan cinci-anual” pentru știință, industriile emergente strategice și materialele noi, au sprijinit dezvoltarea fibrelor de-înaltă performanță. Aplicațiile militare și de apărare primesc finanțare specială, promovând cercetarea, industrializarea și adoptarea pe piață.

6. Impactul economic și social

Producția internă de fibre de înaltă{0}}performanță distruge monopolurile străine, crește competitivitatea producției și susține aplicații aerospațiale, de apărare, energie eoliană, construcții, auto, marine și de mediu.

De exemplu, reducerea greutății vehiculului cu 100 kg reduce emisiile de CO₂ cu 5 g/km, iar aeronavele cu 20% mai ușoare reduc CO₂ anual cu 140 de tone. Fibrele de carbon susțin, de asemenea, aplicații de energie verde în energie fotovoltaică, eoliană și hidrogen.

Fibrele de-performanță înaltă sunt esențiale pentru strategia de producție și de dezvoltare de-înaltă calitate a Chinei. Până în 2025, cercetarea și dezvoltarea și producția internă sunt de așteptat să atingă niveluri internaționale, cu produse diversificate, capacitate scalabilă și echipamente cheie independente.

Industria se va concentra pe tehnologii de producție în masă de-performanță înaltă, costuri reduse-și stabile, formând un ecosistem complet de „proiectare-fabricare-evaluare-verificare”. Acest lucru va extinde aplicațiile în apărare și în sectoarele economice cheie, întărind independența tehnologică a Chinei.

Surse: High-Tech Fibres and Applications, Societatea Chineză pentru Compozite, Materiale de inginerie mecanică (conținut parțial din surse online).