PDF《一、项目名称》

一、项目名称 国产碳纤维复合拉挤集成技术开发及能源领域工程应用

二、申报奖种 山东省科技进步奖

三、提名单位意见 我单位认真严格地审阅了该项目的提名书及全部附件材料, 确认该项目符合 山东省科学技术奖励规定的提名条件,全部材料真实有效,完成人、完成单位排 序无异议,提名书相关栏目均符合填写要求.

该项目针对高性能碳纤维复合材料制品在能源开发工业产业化推广应用中 的技术瓶颈, 以创新产业化生产工艺及配套智能装备等共性关键技术开发为突破 口,开发了碳纤维连续复合拉缠集成工艺技术及装备、开发了高性能树脂体系, 利用本项目技术开发了电力和油田开采用碳纤维复合材料导线、 碳纤维复合材料 抽油杆、功能性碳纤维复合材料光纤杆、电热电缆杆,配套开发了施工技术及产 品无损探测技术, 开发了干喷湿纺工艺高性能低成本碳纤维,为碳纤维复合材料 在能源开发领域的应用推广提供设计、材料、工艺、装备、检测、施工应用于一 体的产业应用技术保障体系. 该项目通过对碳纤维产业链终端应用范围的开拓, 联合国内碳纤维龙头企业 威海拓展纤维有限公司、中石油吉林石化分公司、国网山东电力研究院,以技术 开拓带动产业发展的形式, 带动提升国产碳纤维的推广应用.该项目的开发应用 突破了碳纤维复材制备的共性关键技术问题, 解决了产业化生产、 应用的标准化、 稳定性问题,开拓了碳纤维复合材料的应用范围,累计折合产值过

10 亿元,推 动了我国碳纤维及复合材料的创新发展. 项目共授权国家发明专利

41 项,登记软件著作权

3 项,出版专著

4 部,起 草制定国家标准

1 项、行业标准

1 项. 对照山东省科学技术奖授奖条件,提名该项目为山东科学技术进步奖一等 奖.

四、项目简介 高性能碳纤维复合材料是作为结构、功能或结构/功能一体化的典型先进复 合材料, 是世界各国武器装备研发生产不可缺少的国家战略物资,更是未来低碳 及先进制造业轻量化、 抗腐蚀等科技进步的共性核心技术.碳纤维复合材料以其 优异的性能在电力生产和输送、石油开采、压缩天然气储存、氢能源开发应用等 能源领域开发中发挥着不可替代的作用. 全球工业用碳纤维复合材料技术飞速发 展, 航空航天等各大领域已大量应用碳纤维复合材料,碳纤维生产能力及成型制 造技术不断提高, 但相比国外发达国家,我国国内企业仍未完全掌握碳纤维生产 的核心技术, 碳纤维产品在技术、质量和生产规模等方面均与国外发达国家存在 较大差距, 碳纤维复合材料制件成型技术落后, 过程难以控制, 产品质量不稳定, 制造成本过大. 项目以能源开发工业用碳纤维复材制件成型共性关键技术开发为突破口, 开 发了碳纤维复合材料拉挤-缠绕-包绕-热塑性覆层集成工艺技术及装备;

开发了 高性能树脂体系;

利用本项目技术,成功开发了电力和油田开采用碳纤维复合材 料导线、碳纤维复合材料抽油杆、功能性碳纤维复合材料光纤杆、电热电缆杆;

配套开发了施工技术及产品无损探测技术;

开发了干喷湿纺工艺高性能低成本碳 纤维,为本项目产品应用提供原材料保障. 项目通过对新技术和方法的研究探索,突破性提出复合工艺技术路线,解决 了生产制造过程中的质量稳定可控、制品标准化、智能化的关键技术问题,实现 生产制造能力的突破, 促使我国复合材料成型技术水平的不断提高. 中心自

2000 年开始研究碳纤维在油田领域的应用,2006 年开始碳纤维在电力领域的应用研 究,目前已开发十余项电力、油田领域系列化产品应用技术成果. 项目技术登记软件著作权

3 项,授权国家专利

41 项,其中发明专利

20 项, 另有

9 项发明专利处于实审中状态.出版专著

4 部,起草制定国家标准

1 项、行 业标准

1 项.

五、客观评价 1. 科技查新

2018 年,国产碳纤维复合材料拉挤缠绕集成技术开发及能源工程应用项目, 通过山东省科学院情报研究所进行科技查新检索, 国内未见有与该查新项目研究 内容和采用工艺相同的文献报道. 2. 科技成果鉴定

2001 年,柔性连续碳纤维复合材料抽油杆及其接头项目,通过山东省科技 厅鉴定,该成果填补国内空白,属国际先进水平;

2006 年,柔性连续耐高温抗腐蚀碳纤维抽油杆研制项目,通过山东省科技 厅鉴定,该项目综合技术水平达国际领先;

2009 年,高性能碳纤维复合芯导线芯棒开发及应用项目,通过山东省科技 厅鉴定,该项目整体技术达国际领先水平;

2009 年,碳纤维复合芯导线的自主研发及用于提高电网输送能力技术的研 究,通过华北电网有限公司评审,项目成果处于国际先进、国内领先水平 3. 第三方检测报告 产品出样后均送至第三方权威单位上海电缆研究所电工材料及特种线缆质 检中心检测,检测达标后生产应用

2008 年,ACCC-300/50 型号碳纤维导线检测报告

2011 年, SD-ACCC-240B 型号碳纤维导线检测报告 4. 部分用户及应用报告 4.1 青岛汉缆股份有限公司应用证明 4.2 山东鲁发碳纤维复合材料有限公司应用证明 4.3 江西国电九江发电厂应用证明 4.4 济南供电公司应用证明 4.5 山西阳泉黄北二线应用证明 4.6 山西阳煤二矿应用证明 4.7 江苏易成电力器材有限公司应用证明 4.8 四川众能新材料科技开发有限公司应用证明 4.9 威海光威复材应用证明 5. 评价意见 5.1

2018 年7月国网江西省电力公司九江供电分公司李爽在《ELECTRONICS WORLD*技术交流》论文 碳纤维复合芯导线选型研究 中指出:碳纤维复合芯导 线产品强度高,具有较高的安全系数. 5.2

2016 年10 月兰州城市学院同长虹教授在《应用力学学报》论文 碳纤 维T300 力学性能测试与替代刚性抽油杆可行性分析 中指出:朱波对酚醛树脂 基碳纤维连续抽油杆特性进行了研究, 证明了酚醛树脂基碳纤维材料能够代替刚 性抽油杆实现抽油工作. 5.3

2011 年8月中国石油吉林石化公司研究院杨晓峰在《化工新型材料》 论文 碳纤维复合材料抽油杆研究进展 中指出:朱波等开发了

3 种不同规格的 碳纤维抽油杆,并进行了泵挂深度分别为

1200、

1500、

1800、3000m 的矿场应用 试验. 5.4

2016 年常熟佳发化学有限责任公司工程师梁平辉在《材料导报》论文 架空导线用纤维增强复合芯棒拉挤树脂研制 中指出:与传统架空导线相比, 新型导线具有强度高、电导率高、载流量大,运行温度高、线膨胀系数小、弛度 小、重量轻、耐腐蚀、使用寿命长、减少电磁辐射和电晕损失、便于导线展放和 施工等优点,成为新一代输电方式的发展方向.

六、推广应用情况 项目完成单位的国产碳纤维及其复合材料应用技术开发涉及广泛, 目前在风 电生产、电力传输、电能存储、石油开采、油气井勘探、天然气及氢能储运等诸 多领域均有开发成果,项目单位通过对碳纤维产业链终端应用范围的不断开拓, 联合国内碳纤维龙头企业威海拓展纤维有限公司、中石油吉林石化分公司、国网 山东电力研究院, 以技术开拓带动产业发展的形式,带动提升国产碳纤维的推广 应用. 碳纤维在电力能源的开发应用中, 新兴产业与新材料的有机结合促使风电领 域碳纤维应用增长迅速,威海光威复合材料股份有限公司自

2016 年起,开始应 用威海拓展纤维有限公司生产的国产碳纤维材料,采用拉挤工艺,生产风电叶片 用碳纤维主结构材料(碳梁) .经过工艺试验和英国实验室检测,国产碳纤维性 能指标和工艺性满足碳梁产品生产需求,能够替代进口碳纤维,按照客户批量生 产要求开展后续应用,产生了显著的经济和社会效益. 传统电力传输领域应用以碳纤维复合芯导线系列技术为代表, 与国网山东电 力研究院、国网北京电力研究院、广东电科院等单位合作开发,项目单位按照企 业需求输出产业化技术, 期间与河北硅谷化工有限公司、山东鲁发碳纤维复合材 料有限公司、 内蒙古浩源新材料股份有限公司、 四川省众能新材料开发有限公司、 江苏易成电力器材有限公司、 河南科信电缆有限公司六家企业合作建立产业化基 地,使碳纤维导线技术在全国范围内推广应用.省内本技术于

2012 年首次在济 南刘长山 220KV 输电线路成功挂网应用,线路运行状况良好.2018 年省内首条 超高压莱阳―昆嵛 500KV 线路碳纤维导线工程架线成功, 标志着我省在碳纤维导 线技术应用处于国内领先地位. 为保证碳纤维导线的生产及施工质量,项目单位 开发了无损在线检测技术, 对淄博和青州运行中碳纤维导线进行检修,验证了配 套技术的可行性, 同时持续提升综合应用技术水平.项目单位开发的碳纤维复合 芯导线应用技术突破国际垄断, 综合水平国际先进.项目技术现国内挂网里程过 万公里,折合产值超过

8 亿元. 碳纤维油田领域应用, 以碳纤维复合材料抽油杆系列产品为代表,项目单位 自2000 年开始研究碳纤维在石油开采中的应用,2012 年被中石油总公司列为重 大推广实验项目,在胜利油田、新疆油田、延长油田下井测试应用.项目单位自

2011 年起与中石油吉林石化分公司连续签订多项应用技术开发协议,合作开发 了抽油短杆、光杆、扶正器等油田系列技术,并下井测试.2016 年与渤海钻探 油气公司合作开发了碳纤维测井电缆、光纤杆产品.项目单位在碳纤维石油开采 领域应用技术开发填补国内空白,达到国际先进水平. 同时,为了确保终端产品安全、稳定、有效的现场应用,项目单位与行业内 技术权威单位合作开发了配套施工装备、无损检测技术,匹配油田现场数据监测 平台软件及导线弧垂设计软件和碳纤维智能生产应用软件, 形成了产品的理论研 究、设计开发、生产配套、检验、监测于一体的成果研究、转化、提升技术体系.

七、主要知识产权证明目录 序号知识产权名称 知识产权 类别 发明人 知识产权人 知识产权号 取得日 期1热塑性树脂基体复合材 料导线芯棒及其制备模 具和方法 发明专利 朱波 蔡 王成国 蔡华 苏 山东大学 ZL20101052 6208.9 2012.3.

7 2 一种适于长期生产的双 槽体浸胶机 发明专利 朱波 乔琨 韩荣恒 李永 威 蔡 山东大学, 山东英利实 业有限公司 ZL20141016 6377.4 2016.6.

8 3 一种特高压纤维复合材 料骨架架空导线 发明专利 朱波 乔琨 虞军伟 关勇 山东大学, 山东工大新 材料研究院 有限公司 ZL20151055 0865X 2017.11 .30

4 一种带有复合螺旋耐磨 层的抽油杆及制备装置 和制备方法 发明专利 朱波 王永伟 曹伟伟 乔琨 山东大学 ZL20151043

18446 2018.3.

2 5 一种高韧性抗劈裂碳纤 维复合材料导线芯棒及 其制备方法 发明专利 朱波 曹伟伟 乔琨 王永伟 于宽 山东大学 ZL20161082

20278 2017.12 .26

6 一种新型碳纤维风力发 电机及其制备方法 发明专利 朱波 蔡 王成国 山东大学 ZL20121013 9536.2 2014.3.

12 7 一种带有耐磨防护层的 连续碳纤维抽油杆及其 制备方法 发明专利 朱波 曹伟伟 王永伟 乔琨 赵圣尧 山东大学 ZL20151082

91404 2017.6.

27 8 碳纤维抽油杆设计及数 据管理系统 V1.0 软件著作 权 山东大学 软著登字第

1246933 号2016.4.

5 9 碳纤维复合材料导线应 力弧垂设计及数据管理 软件 V1.0 软件著作 权 山东大学 软著登字第

1246930 号2016.4.

5 10 碳纤维生产工艺智能优 化软件 V1.0 软件著作 权 山东大学 软著登字第 2018SR1423

06 2018.3.

5

八、主要完................