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高性能芳纶纸基复合材料

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-09-30 10:49:27

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”科技成果转化生态赋能专业科技服务团| 李宁 | 2022-10-21 16:30:45

芳纶纤维广泛服务于轨道交通、特高压、水力/风力发电等各大领域,芳纶纸技术也早就被美国的杜邦公司全球市场垄断,并进行技术封锁。国内也无自主高品质芳纶纸产线,高铁、特高压用产品全部依赖进口!

截止目前,制造芳纶纸技术的现状是合成纤维造纸难度大,未掌握高品质芳纶纸制造技术,而国内60%高端电机、变压器生产用到芳纶纸,涉及多个国家工程。

近几年,国家开始大力鼓励相关产业,大力扶持,颁布多项相关政策,加大高性能无石棉复合密封材料等新材料的研发力度。《关于印发轻工业发展规划(2016-2020年)的通知》,要求提高新材料保障能力,加大特种纸基复合材料、电气绝缘纸、高性能无石棉复合密封材料等新材料的研发力度。《关于印发关键材料升级换代工程实施方案的通知》,要求支持先进轨道交通装备等产业发展急需的新材料:实现蜂窝芯材用芳纶纸产业化与示范应用。《国务院关于印发《中国制造2025》的通知》要求以功能性高分子材料、先进复合材料为发展重点,突破产业化制备瓶颈,加快基础材料升级换代。

陕西科技大学研发的高性能芳纶纸基复合材料采用的事芳纶纤维,是一种高强度、高模量、耐温性和绝缘性良好的新型合成纤维材料。芳纶纤维通过造纸湿法成型工艺制备而成。芳纶纸基材料具有比重轻,比强度、比刚度高,抗冲击,突出的耐腐蚀和自熄性,良好的高温稳定性和透电磁波性能等特点,广泛应用于航空航天和电气绝缘等高技术领域。

本项目主要研究的是在飞机、高速列车、游艇、电子、电力等领域广泛应用的芳纶纸基蜂窝材料。比起绝缘用芳纶纸基材料,蜂窝用材料在强度、耐温性等方面对材料提出了更高的要求,尤其在纤维悬浮体系分散技术、超低浓斜网成形技术、热压成型等关键技术上需要更深入地研究。随着我国在大飞机和高速列车领域相关关键技术的掌握和产品国产化率的提高,芳纶纸基复合材料在需求上将在5年内增长10倍以上,迫切要求开发出与之配套的具有自主知识产权的高性能芳纶纸基复合材料,并实现产业化。

根据全球芳纶纸市场调研报告,2018年全球消费量为25000吨,其中,欧洲市场占比30%,亚洲市场占比17%,美洲市场占比21%,其他占比4%,中国大陆占比28%。近几年,随着国内基础建设刚需不断释放,芳纶纸的市场潜力更大,至少是百亿级。

截止2022年,现有的市场有轨道交通、特高压、矿用设备、风力/水力发电、新能源汽车六大领域。随着不断的扩大,芳纶纸的市场适用范围也在增加,现在潜在的市场有城市集群用电电气设备、自化工工厂用电系统电气设备、5G通讯用电系统电气设备、一带一路沿线国家电力基础工程、大型发电机、敞开干式变压器、环氧树脂浇注变压器、油浸变压器、密封电机、整流器、变频电机等更多领域。

陕西科技大学是国家“中西部高校基础能力建设工程”及“十四五教育强国推进工程”建设高校,是陕西省“国内一流大学建设高校”和重点建设的高水平大学。

学校创建于1958年,时名北京轻工业学院,是新中国第一所轻工高等学校;1970年迁至陕西咸阳,改名西北轻工业学院;1978年被国务院确定为全国88所重点院校之一;1998年学校划转陕西省,实行中央与地方共建;2002年经教育部批准,更名陕西科技大学;2006年学校主体迁西安市。

本项目科研团队有国务院特殊津贴专家1人,陕西省科技创新领军人才1人,教授、副教授15人,工程师4人,博士、硕士25人,共计43人。

本项目组已经与龙头企业河北硅谷化工有限公司合作开发差别化纤维浆粕纤维,其中,中试成本:约18.5万元/(昊天龙邦20万元/吨、超美斯22万元/吨、杜邦25-100万元/),比同行业低8~15%。同时,可带动就业,提供研发、生产、销售、运营、性能测试等岗位120人以上,为地方发展注入新的增长点,为地方财政收入做出贡献。

同时,本项目组已完成2家公司试用,预测2024年净利润4800万元。

(一)株洲中车时代电气股份有限公司,年需1000/年,并已完成试用,用于高速动车组、电力机车复合结构中,该产品的绝缘性能达到国际领先水平,能够在保证高可靠性的同时,降低生命周期维护成本。

(二)上海ABB有限公司,年需1200/年,并已完成试用,用于干式变压器线圈绕组、相间、匝间,绝缘等级达到H级,绝缘性能达到国际领先水平。

项目组历经纵横项目9项,深耕芳纶纸行业20余年。截止2022年,本项目已获得发明专利:31(授权21件,受理10);学术论文:团队核心成员近三年发表高水平学术论文19篇,项目组专利池完整,技术壁垒高。

同时也获得符合高铁、特高压等对材料要求苛刻的工程使用标准:1、机械工业电工材料产品质量监督检测中心检测报告

2、国家纸张质量监督检验中心检验报告

3、国际UL认证

是国内首个获得行业、国家、国际三级机构同时认可的芳纶纸产品。

项目组希望能够与多方进行合作,开发更多产品,项目组可提供专业的技术咨询、技术服务、技术支持等。