生产现场一角。广州赛奥 供图
在碳纤维行业内,通常将每束碳纤维根数大于4.8万根(简称48K)的称为大丝束碳纤维。前不久,中国石化上海石化大丝束碳纤维产业基地投料开车,并生产出合格产品,质量达到国际先进水平。这是我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线。
记者近日获悉,支撑其量产的整线装备由广州赛奥碳纤维技术股份有限公司(以下简称广州赛奥)提供。“上海石化投产的48K大丝束碳纤维工程国产线,一举破除我国碳纤维生产和装备受制于人的被动局面,真正实现自主可控。”广州赛奥董事长乔荫春表示,该条产线全部建成投产后,预计可达1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。
让国民用得起“黑黄金”
大丝束碳纤维性能优越,破炉而出时一身黑亮。这款名叫“大丝束碳纤维”的材料,以不到钢材料1/4的比重,达到了钢材料7至9倍的强度,且具有耐腐蚀特性,被称为“新材料之王”“黑黄金”。
“要做芯片首先要有光刻机。碳纤维领域亦然,没有核心装备,同样谈不上生产碳纤维。”广州赛奥董事长乔荫春对《中国科学报》表示,生产48K大丝束碳纤维需要特殊的工艺。而创新工艺的前提是需要创新设备,其间就要用到多项新技术。
“新材料之王”应用场景广泛,如风能、太阳能、高铁动车、飞机部件等。作为产线承制方,广州赛奥在多个方面创新突破,让氧化炉、碳化炉等基本工具变得“不简单”。
“材料科学的突破,或将彻底颠覆一个行业原来的生产模式和工艺,催生并壮大新产业。”中国科学院院士、广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院院长赵宇亮曾表示,例如正是由于材料科学的发展,轻便的智能手机在功能方面,比上世纪又重又大的计算机更好。
2022北京冬奥会的赛道上,冰雪世界里的“中国红”闪现在世界面前。搭载运动员的全碳纤维雪橇车,由广州赛奥参与研制。碳纤维材料不仅具有耐高低温的性能,其轻质高强的特点还可以减轻雪车重量,并保护运动员不会在撞车事故中受伤。
“低调奢华”的碳纤维材料,正在走向千家万户,冬奥赛场上的亮相只是其应用的冰山一角。风电装备、储气气瓶、运动器材、飞机机身等等,都跟碳纤维密切关联。然而,作为一种新材料,碳纤维的价格目前较为昂贵,很多领域中只供高端应用。
攻克碳纤维材料的“降成本”问题,对于新兴产业的发展至关重要。“我们作为新材料的装备制造方,就承担了这种职责:优化工艺生产碳纤维,让更多领域用得起‘黑黄金’。”乔荫春说。
例如,氧化炉是原丝化学反应的反应器,独特的中央到两端的吹风方式是流场均匀的必备条件,广州赛奥借助计算机流体仿真技术,对装备的风速进行了一遍遍的精细调整和测量。
大丝束预氧丝的连接,是产线连续运行的必要条件,广州赛奥将纤维头尾之间连接,连接力达到纤维工艺张力的80%,保证了纤维连接部位能够安全可靠地通过氧化炉、碳化炉。此外,低温碳化炉可在最高1000℃的情况下,拥有10年使用寿命。
核心“知产”赋能办大事
如果说影响大部分产业技术、产品性能的要素,归根结底都是材料的性能、功能问题,那么生产“卡脖子”前沿材料的“工业母机”,将在很大程度上决定中国未来产业发展的高度。作为一家广州中小民企,打造工业母机的广州赛奥如何“办大事”?
“初入这个领域时,我们也是两眼一抹黑。这些年,我们不断和碳纤维企业合作,从局部技改到装备提供,一点点做起来。”乔荫春回忆道,“我们从小项目起步做材料装备的服务,一方面积累了经验,另一方面也建立了客户对我们的认知。”
此前,广州赛奥就曾与上海石化在多个具体项目中有过合作,例如提供一些局部的单元设备、逐步做验证,到如今支撑起整个首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线。
在此过程中,除了企业自身的努力攻关,广州赛奥特别注重借助政府、高校资源的力量,筑牢核心技术与知识产权“护城河”。
涉及到大量科研投入,多年来,广州赛奥先后获得广东省科技厅、广州市科技局、广州开发区政府部门等在先进复合材料、碳纤维关键技术研究、产业化与国产化等项目数十万到数百万不等的资金扶持。
此外,企业与华南理工大学联合培育博士生,由后者将关键技术点验证的相关学术研究,落地到广州赛奥产线上。
助力上海石化解决困扰我国新材料领域多年的“卡脖子”问题,广州赛奥历经17年的创新发展,从局部的技术改造、装备提供,逐步为世界500强打造整线装备,并在细分行业领域走在国际前列。
“中小企业能办大事,这类中小企业必须掌握有核心知识产权。”乔荫春表示,知识产权是评价企业科创属性的指标,也是企业无形的资产。如今,在业界小有名气的广州赛奥,希望进一步将知识产权变现,并谋划上市。
“通过参加广州开发区知识产权局支持和指导的‘知识产权助力科创企业上市’项目,我们与国内头部的服务机构成功配对,为企业知识产权战略的‘量身定制’奠定了基础。”乔荫春说。
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