Компания Toho Tenaх, головное предприятие Teijin Group (Япония) в области углеродных волокон и композитов, объявила о разработке инновационных технологий микроволновой карбонизации и плазменной обработки поверхности углеродного волокна, которые, как ожидается, будут содействовать энергосбережению и уменьшению выброса парниковых газов при производстве автомобилей, скоростных поездов и самолетов с широким применением углепластиков.
Сейчас Toho Tenaх работает над внедрением данных технологий в крупнотоннажное производство углеродного волокна для ожидающегося в ближайшем будущем массового использования углепластиковых материалов. Компания ведет интенсивную разработку новых подходов для всей технологической цепочки от исходного сырья до композиционного материала и делает особый акцент на резком сокращении энергопотребления и выбросов парниковым газов с одновременным прорывом в повышении производительности производства.
Toho Tenaх успешно применила технологию микроволновой карбонизации при атмосферном давлении, первой в мире достигнув модуля упругости при растяжении свыше 240 ГПа и удлинения при разрыве свыше 1,5% – показателей, сопоставимых с уровнем свойств промышленных сортов углеволокна. Передовая технология была разработана на основе анализа процесса формирования структуры углеволокна в ходе карбонизации жгута огнестойкого окисленного ПАН-волокна и подбора способа микроволнового облучения, оптимально подходящего для карбонизации волоконного материала. Применяя непосредственный микроволновый нагрев, волоконный материал карбонизируется в непрерывном режиме. Это позволяет отказаться от поддержания в печи высокой температуры и сократить время термической обработки, тем самым делая линию компактной и менее энергоемкой.
Более того, Toho Tenaх добилась успеха в разработке технологии сверхбыстрой сухой обработки поверхности углеволокна путем плазменного травления. По сравнению с применяемой сейчас обработкой в водном растворе электролита это позволило значительно упростить процесс и добиться снижения энергопотребления во всей технологической цепочке примерно на 50%. При обработке плазмой были выявлены полезные изменения структуры поверхности волокна, получено экспериментальное подтверждение возможности повышения адгезии с полимерной матрицей после очень кратковременной обработки.
В настоящее время углеволокно выходит за рамки авиакосмической отрасли и находит применение в автомобилестроении, зеленой энергетике и инфраструктурном строительстве. Однако при производстве углеродного волокна процесс карбонизации потребляет огромное количество энергии. Поэтому понижение его энергоемкости и выброса парниковых газов является насущным требованием для начала массового производства углеволокна под применение в автомобилестроении и других областях.
Исследования и разработки Toho Tenaх по этой тематике выполнялись в рамках инициативы Японской организации по развитию новых источников энергии и промышленных технологий (New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO). В 2014 г. NEDO инициировала научно-исследовательский проект по новым конструкционным материалам. Одной из ключевых его тем стала разработка инновационных базовых технологий производства углеродного волокна для новых областей применения. Тохо Тенакс участвовала в этом проекте с момента его создания.
Teijin Group – глобальная группа высокотехнологичных компаний, предоставляющая передовые решения в областях экологичного транспорта, информации и электроники, безопасности и защиты, окружающей среды и энергетики, здравоохранения. Основными направлениями ее деятельности являются арамидные и другие высокофункциональные волокна, углеродные волокна и композиты, здравоохранение, пленки, пластмассы и их переработка, полиэфирные волокна, реализация волоконной продукции и информационные технологии. Группа включает около 150 компаний и примерно 16000 сотрудников в более чем 20 странах. (Teijin Group/Химия Украины и мира)