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石墨烯产品能有效增加皮革强度提高防火性能
更新时间:2015/2/8 14:56:11

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“目前,我们将首先把这一产品应用于我们的酚醛树脂及其下游产品刹车片和砂轮、轨道交通高端复合材料‘轻芯钢’等产品上。”在19日举行的“圣泉集团生物质石墨烯新技术发布会”现场,济南圣泉集团股份有限公司(以下称“圣泉集团”)董事长唐一林兴奋地告诉记者。

圣泉集团生物质石墨烯新技术新闻发布会现场

圣泉集团生物质石墨烯新技术新闻发布会现场

此间,由圣泉集团和黑龙江大学长江学者团队联合研发的“基团配位组装法”工艺制备生物质石墨烯宣告成功,同时,年产150吨生物质石墨烯的中试生产线预计10月份试生产,而年设计生产能力为2000吨的全球首个以生物质为原料的石墨烯工业化项目也正在立项申报中。

“随着石墨烯应用领域相关工艺的逐步成熟完善,手机屏幕任意弯曲、电动汽车瞬间充电、电脑屏幕透明薄如白纸这些不可思议的事情将变成现实。石墨烯在推动全球科技进步的同时,也有望催生出一个万亿级产业。”圣泉集团生物质炭材料研究所首席科学家、黑龙江大学副校长、长江学者付宏刚如此评价这项技术的商业价值和市场前景。

点石成金秸秆变身生物质石墨烯

据付宏刚介绍,石墨烯是英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈•杰姆和克斯特亚•诺沃消洛夫2004年在实验室中通过试验发现的仅由一层碳原子构成的薄片。因为其非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性,有可能在现代电子科技产业引发一场颠覆性变革,石墨烯一时引起全球科研和产业界的高度关注,两位科学家也因此在2010年双双获得诺贝尔物理学奖。

然而由于石墨烯制备成本过高,此领域的专利技术大部分还停留在科研阶段。作为全球生物质行业领军企业,圣泉集团联合黑龙江大学长江学者团队,经过艰难的技术攻关,首创了以农作物秸杆为原料的生物质石墨烯配位组装制备工艺,检测结果显示:(1)在原子力显微镜和透射电镜观察下证实其层数为10层以下;(2)拉曼光谱中G带峰与D带峰的峰强比大于5;(3)电导率超过40000S/m。其性能堪与以石墨为原料生产的同类产品媲美。

唐一林告诉记者,圣泉集团目前正全面整合研究资源和研究项目,已申报石墨烯相关专利30项,专利布局正在加紧进行之中。在此基础上,圣泉集团规划设计了全球首个以生物质为原料生产石墨烯的工业化项目,生物质制备石墨烯优势更加明显,生物质原材料十分丰富,取之不尽用之不竭,环境污染小、能耗低、生产成本大幅降低,产品分散性能更好且更易储存,是典型的环境友好型项目。

产品应用成果显著将大幅提升多行业竞争力

“我们将首先将石墨烯应有到企业现有的产品上。”唐一林希望,在使用了石墨烯之后,酚醛树脂、轻芯钢、刹车片、砂轮、砂纸等产品,将因为性能的大幅度提高而具有更强的市场竞争力。

将石墨烯加入到酚醛树脂中,固化后抗冲击强度可提高150%,弯曲强度提高40%;加入到轨道交通新型复合材料“轻芯钢”上,可有效提升该材料强度一倍以上,同时其抗冲击、抗弯曲性能和耐磨性均有显著提升,且无毒、气体释放量小,适宜大量使用在高铁、汽车、轮船、飞机等高端内饰材料上。

目前在橡胶、皮革和塑料上的应用已经取得显著成果。据山东理工大学与圣泉集团共同出具的检测报告显示,在橡胶中添加1.5%的石墨烯,拉伸强度提高了90%,在PVB中添加1%石墨烯,拉伸强度提高了120%,在橡胶中添加10%的石墨烯,电导率提高了1000倍以上;将石墨烯加入到皮革中,能有效增加强度,提高防火性能,同时自然具有防静电性能,目前仅在皮革表面PU层的的市场用量达到100万吨,加入1%的石墨烯,需求达一万吨;尤其在急需提升品质的汽车内饰皮革材料中加入石墨烯,可有效提高防火等级,材料强度、抗耐磨度、抗撕裂度、柔软度和光泽度等均有显著提升。

而在可预见的一段时间内,最有可能因为石墨烯的广泛应用而被改写发展史的,将是汽车产业。用在刹车片上,磨损率大幅降低,同时在高温下保证了摩擦系数的稳定;加到轮胎上,可增加轮胎强度,有效延长轮胎使用寿命;用在汽车滤纸行业,其具备的良好散热性和超强导电性,可确保及时释放静电荷,减少因剧烈摩擦引起的温度骤升;下一步将研发用石墨烯加入电池电极材料中解决传统铅酸电池大电流充放电、寿命短的问题,同时解决传统锂电池充电速度慢、超级电容器蓄电能力差的问题……付宏刚认为,这对于中国未来若干年内保持在电动汽车研发领域的领先地位意义深远。

突破价格瓶颈力推产业升级浪潮

据了解,由于石墨烯领域的专利技术大部分还停留在科研阶段,制备普遍成本过高,很难实现工业化商业生产,市场价格在200元/克左右,这在一定程度上限制了石墨烯的大规模广泛使用。

源于其作为原料的农作物秸杆的来源广泛和价格低廉和进入工业化生产状态后的充分量产,利器在手的圣泉集团从此可以以足够的底气,从容地重新架构企业的竞争优势。

“中国生产的砂轮,在国外市场上只卖到其他国家同类产品1/5的价格。如果能够通过石墨烯提高性能,哪怕咱和人家同样价格出售,那我们的效益也将非常可观了。”唐一林有意从改善公司当下的产品性能入手,打破石墨烯目前这种曲高和寡的市场状态,而接下来,他们给予市场的将是一个石破天惊式的震撼。“2000吨的年产量,我们将自用1000吨,剩下的有意以1元/克的价格供应市场。”

如此低廉的价格,将使石墨烯轻松突破市场瓶颈,给市场带来颠覆性的影响。一方面,圣泉石墨烯科技研发的示范性作用对于圣泉企业效益提升效果明显,圣泉5000多家客户企业也将因此受益匪浅;另一方面,随着其在更多产业领域的广泛应用,将引发一场新的材料革命,对于改变中国产品在国际市场上价低质低的落后状态,提升中国产品的国际品牌形象,实现我国制造业的强国梦影响深远。

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