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北京科技大學
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國產碳纖維/聚醚醚酮特種熱塑預浸料成套技術

2021-02-01 09:14:57
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所屬領域:
新材料及其應用
項目成果/簡介:

本項目基于團隊多年連續碳纖維熱塑性預浸料制備及復合材料成型、聚芳醚酮(PAEK)樹脂(含聚醚醚酮(PEEK))研發、半結晶型熱塑性復合材料界面研究的技術積累和相關項目成果,通過自主設計搭建連續纖維熱塑性復合材料生產線及相關關鍵成型模頭和特殊工裝的設計,掌握了連續碳纖維聚芳醚酮特種熱塑性預浸料單向帶、LFT 粒料和高纖維含量拉擠棒材的關鍵制備技術,打破國際技術封鎖,拓展了聚芳醚酮材料的應用形式,在我國航天、軍工等輕量化零部件替換上具有很好的應用前景。本項目預期在連續碳纖維特種熱塑預浸料、LFT 長纖維粒料、拉擠型材及 1-2 個具體產品(航空航天、醫療)幾個方面進行同步產業化落地,具有自主知識產權。項目落地后將進一步開發國際領先并具有自主知識產權的低成本高效連續熱壓技術,實現 3 分鐘內單成型制造周期的織物層合板在線浸漬和長尺寸結構型材的連續化生產制造,建成從“樹脂原材料→預浸料/LFT/棒材→成型工藝→復合材料制品→評價方法”的一整套技術體系,引領行業發展,助力連續纖維特種熱塑性復合材料在我國快速、大規模的應用。

項目階段:

研發階段:具備熔融法、干法粉末法和濕法粉末法技術,制備不小于 150mm幅寬的 CF/PEEK 單向帶;利用撒粉法或淋膜法的雙鋼帶熱等靜壓技術制備不小于 300mm 幅寬的 CF/PEEK 織物預浸料;優化展紗與浸漬工藝設備和參數,制備超薄單向帶(<0.15mm)。目前 CF/PEEK 單向帶及織物預浸料已達到中試研發階段。

效益分析:

市場分析: 得益于聚芳醚酮復合材料優異的耐化學腐蝕性、耐高溫性和良好的機械性能,碳纖維/聚芳醚酮復合材料被廣泛應用于航空航天飛行器及高端民用制造業等領域在軍用飛機方面,其已成為航天航空領域最具實用價值的先進熱塑性復合材料。 碳纖維/聚芳醚酮預浸料及成型關鍵技術由歐美企業所掌控,并對我國進行 技術封鎖。本項目碳纖維/聚芳醚酮熱塑預浸料成套技術成功實施,將打破外國禁運封鎖。不僅實現了科技上的突破,更為我國國防科技的發展做出了巨大貢獻,是極其具有戰略開發意義。若能實現批量工業化生產,則會讓我國特種工程塑料市場發生革命性轉變。 國內市場:雖已實現 PEEK 原料國產化,但高附加值的 PEEK 預浸料和成型件主要依賴進口。預浸料和關鍵成型技術和設備對我國實施禁運。據《2017-2022年 PEEK 行業投資環境及投資前景預測分析報告》顯示 2017 年國內 PEEK 需求3502.4 噸 (復合材料需求 520 噸),增長率 13.0%。2020 年 PEEK 市場需求量將達 870 億元,投資時機成熟。本項目技術不但打破國外技術壟斷和依賴,同時建立自己技術和品牌,提升中國在特種工程復合材料產品的國際競爭力,并具有廣闊的市場前景。 主要應用市場: 航天科工和科技集團:航天運載及武器型號大量鈑金支架、口蓋,桁條,彈托,軸承以及特殊功能結構件,均可用 PEEK 復合材料替代目前鋁合金結構件。 國內壓縮機閥片:30%連續碳纖 PEEK 制備,年需求量百噸級以上。 新能源汽車輕量化:在汽車軸承,緊固件,電池盒等具有廣闊市場。 投資估算和經濟效益分析: 1、 單向帶或 LFT 實驗線 100-300 萬元; 2、 單向帶或 LFT 中試線 500-1000 萬元; 3、 織物預浸料中試線 800-2000 萬元; 4、 其他相關成型設備投入約 600 萬/套。 經濟效益分析: 目前改產品適合兩個方向取得收益: 1、連續纖維/PEEK 的 LFT、單向帶、織物預浸料的原材料成本約 500 元/公斤,國際購買的價格為 4000 元/公斤,開發航天、軍工、醫療相關產品,售價不低于 6000 元/公斤;目前 PEEK 國內市場容量約 800 噸/年;而連續纖維增強 PEEK的應用將在近幾年得到迅速發展。 2、通過此項目的批產,可實現占領行業制高點,由此聯合申請國家、省部級項目,目前該方向單個項目經費不低于 500 萬元。

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