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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

　　飛行機、風力発電羽根、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。

　　この良質な材料の背後には複雑な技術技術技術がある。核心技術を攻略するには、コツと近道がない。海外の技術封鎖に直面し、炭素繊維という「材料クラウンの真珠」を外すために、中国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」。中国建材グループの中復神鷹党委員会書記、副社長の羅皞宇氏によると、材料は製造業の基礎であり、炭素繊維関連製品は航空宇宙、風力発電ブレード、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。

炭素繊維の高温耐性実験。李太源撮影

　　炭素繊維は優れた力学性能と化学安定性を持ち、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キロ程度の力を担うことができる。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、三千以上の技術パラメータを経て、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。

　　我が国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、核心技術を掌握している「炭素繊維強国」は、我が国が必要とする炭素繊維に対して「技術、装備、製品」の3つの封鎖を実行している。中国の研究開発者は「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、高温ドラフト機、湿式紡糸技術百トン糸、千トン糸原糸の製造と炭化技術などの全プロセスのキー技術を相次いで攻略した。2007年、中復神鷹の産業化生産の第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した。

　　2006年-2012年、中復神鷹は主に湿式プロセス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し、安定生産を実現した。

　　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”」。

　　中国建材中復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「数十万」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」

　　数回の失敗を経て、2008年、中復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、中復神鷹初のドライスプレー湿式紡績千トン級T 700生産ラインが完成し、生産を開始し、当時の国内最大、技術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、中復神鷹が先頭に立って完成した「ドライスプレー湿式紡績千トン級高強度/百トン級中型炭素繊維産業化の重要技術と応用」プロジェクトは国家科学技術進歩一等賞を受賞した。

　　中国人は世界の先進的なドライスプレー湿式紡績技術を用いて、「中国炭素繊維」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、当時は本当に難しかった」と、中復神鷹の張国良会長は感慨していた。

　　「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、自体に強度はないが、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。温度に頼らなければならない。この温度を試しただけで、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、乾式噴湿紡績技術の場合、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、少しずつ構築されてきたと言えるでしょう」彼は言った。

　　最初の技術的な試みから、現在では1万トンの炭素繊維基地が操業している。原材料企業が核心技術を攻略すれば、下流の各種生産企業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」を牽引することを実現した。

　　2021年9月、青海西寧にある中復神鷹西寧万トンの炭素繊維基地が操業を開始し、これも世界で最も標高の高い高性能炭素繊維生産基地である。全面操業後、同基地は世界で唯一2万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、国内の航空宇宙、風、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、同時に我が国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国産化を実現した」。

　　現在、中復神鷹連雲港本部はT 1100級炭素繊維の製造に成功していることが分かった。