Erfolgreiche Massenproduktion der T1200-Klasse

China übernimmt die Führung bei Kohlefasern

In Lianyungang, Provinz Jiangsu, am Produktionsstandort der Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co., Ltd., zeigte Unternehmensleiter Chen Qiufei den Reportern die T1200-Kohlefaser, die im März dieses Jahres weltweit erstmals in Massenproduktion ging.

Chen Qiufei erklärte: „Ein Faserbündel enthält 12.000 Einzelfilamente. Es ist sehr fein, aber die Festigkeit ist extrem hoch und erreicht 8.000 Megapascal – mehr als das Zehnfache von gewöhnlichem Stahl. Die Dichte ist besonders gering, weniger als ein Viertel von Stahl. Ein daumendickes verdrilltes Seil aus T1200-Kohlefaser kann ein voll beladenes C919-Großraumflugzeug anheben.“

Kohlefaser wird als „schwarzes Gold“ und „König der neuen Materialien“ bezeichnet und findet breite Anwendung in Hochleistungsfertigungsbereichen wie Luft- und Raumfahrt sowie Windenergie. Sie ist ein strategischer Schlüsselwerkstoff, der die großen nationalen Schwergewichtsprojekte stützt. Doch vor mehr als 20 Jahren konnte China nicht einmal eine einzige Kohlefaser eigenständig herstellen und war vollständig von ausländischen Unternehmen abhängig – ein klassischer Fall von „Engpass durch ausländische Technologieblockade“.

Chen Qiufei erklärte den Reportern, dass Kohlefasern je nach Zugfestigkeit in verschiedene Klassen eingeteilt werden – je höher der Wert, desto höher die Leistungsfähigkeit und der technische Schwierigkeitsgrad:

Die T300-Klasse ist die grundlegende Universalstufe, die T700-Klasse findet Anwendung in zivilen Industrien wie Windkraft und Elektrofahrzeugherstellung, die T800-Klasse ist ein Kernmaterial in der Luft- und Raumfahrt, und die T1000-Klasse sowie darüber gehören zur ultrahochfesten Stufe, die für Spitzentechnologien in der Verteidigungs- und Raumfahrt wie Raketen und Satelliten eingesetzt wird.

Beginnend mit der T300-Klasse befand sich China stets in der Aufholjagd. Erst mit der erfolgreichen Massenproduktion der T1200-Klasse in diesem Jahr hat China zum ersten Mal im Bereich Kohlefaser die Führung übernommen.

Für diesen Tag haben sie mehr als vier Jahre hart gekämpft. Chen Qiufei sagte: „Internationale Spitzenunternehmen sind seit über 50 Jahren in der Kohlefaser tätig. Die Entwicklung von der T1100- zur T1200-Klasse dauerte über zehn Jahre, und eine Massenproduktion wurde bisher noch nicht erreicht. Von der Forschung und Entwicklung bis zur Massenproduktion haben wir etwas mehr als vier Jahre gebraucht – ich halte das für ein sehr schnelles Tempo.“

Fast 10.000 Versuche durchgeführt

Neue Produktivkräfte werden durch harte Arbeit erkämpft

Dass neue Produktivkräfte durch harte Arbeit erkämpft werden, war der tiefste Eindruck, den die Reporter bei ihrer Recherche in Zhongfu Shenying gewannen.

Bei der Herstellung von Kohlefaser – von der weißen Vorstufenfaser bis zur endgültigen Transformation zur schwarzen Kohlefaser – sind über 300 Prozessschritte und mehr als 3.000 Regelparameter beteiligt. Man kann von „einem komplexen und präzisen Tanz der Parameter“ sprechen.

Zhang Guoliang, Chefwissenschaftler der Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co., Ltd., erklärte: „Kohlefaser ist ein Systemprojekt. Die Komplexität liegt in den Veränderungen: Vier sind chemische Umwandlungen, vier weitere physikalische Veränderungen. Die Ofentemperatur muss stufenweise von 200 Grad Celsius auf über 2.000 Grad Celsius ansteigen, und jede Stufe hat einen entscheidenden Einfluss auf die nächste. Diese acht Umwandlungen zusammen machen den gesamten Produktionsprozess von Kohlefaser äußerst komplex.“

Die T1200-Kohlefaser muss eine Zugfestigkeit von 8.000 Megapascal erreichen – die derzeit höchste Festigkeit von Kohlefaser weltweit. Die größte Herausforderung für das Entwicklungsteam, vom Labormaßstab bis zur industriellen Massenproduktion, war die Kontrolle von Defekten in der Kohlefaser.

Bisher mussten bei der Entwicklung von Kohlefasern der T1100-Klasse und darunter Defekte im submikrometerbereich kontrolliert werden, während bei der T1200-Klasse Defekte im subnanometerbereich kontrolliert werden müssen. Um eine wirtschaftlich tragfähige Ausbeute in der Massenproduktion zu erreichen, müssen vom Molekularstrukturdesign der Vorstufenfaser bis zu jedem einzelnen Prozessschritt Defekte streng kontrolliert werden.

Ein zuständiger Verantwortlicher der Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co., Ltd. erinnert sich: Der gesamte Prozessablauf wurde durch wiederholtes Versuch-und-Irrtum-Verfahren optimiert, mit fast 10.000 Versuchen.

Nahtlose Verbindung von technologischer und industrieller Innovation

Neue Technologien und Verfahren werden direkt in der Produktionslinie getestet

Gerade als das Entwicklungsteam durch Versuch und Irrtum nach technologischen Durchbrüchen suchte, kündigte 2023 ein führendes japanisches Kohlefaserunternehmen an, dass die T1200-Kohlefaser im Labor erfolgreich entwickelt wurde und bis 2026 die industrielle Massenproduktion geplant sei. Dies entfachte den Kampfgeist des Entwicklungsteams von Zhongfu Shenying.

Für die strategischen Bedürfnisse des Landes und um internationalen Spitzenstandards nachzueifern, werden hier technologische und industrielle Innovation nahtlos verbunden – neue Technologien und Verfahren werden direkt in der Produktionslinie getestet.

Um wissenschaftliche und technologische Ergebnisse aus dem Labor in reale Produktivkraft umzuwandeln, ist normalerweise eine Pilotproduktion im kleinen Maßstab erforderlich, bevor eine groß angelegte Massenproduktion erreicht werden kann. Um die Bildung neuer Produktivkräfte zu beschleunigen, wählte das Entwicklungsteam von Zhongfu Shenying den schnellen Weg der industriellen Innovation – direkt von 1 auf N.

Chen Qiufei erklärte, dass der Durchbruch bei einer neuen Generation von Kohlefasermaterial in etwas mehr als vier Jahren der Validierung in der industriellen Produktionslinie zu verdanken sei – nach der Validierung könne schnell in die Massenproduktion übergegangen werden.

Zhang Guoliang ist der Ansicht, dass in den vergangenen mehr als 20 Jahren kontinuierlich Wissen angesammelt wurde und der technologische Fortschritt nie zum Stillstand gekommen sei. In Zukunft könnten Festigkeit und Leistungsfähigkeit der Kohlefaser noch eine Stufe höher gesteigert werden.