重大突破!聚合级专用石墨烯个性化定制技术平台在萧山科技城投入试运行

它能够使得PVC高分子耐热稳定性能大幅度提高,让石墨烯原位聚合PVC树脂原材料在180℃的加工成型温度下的耐热分解时间比传统产品提高了25倍到35倍,这是材料性能颠覆性的提高,会使得材料应用领域大大拓宽,加工过程热稳定剂的使用量减少甚至根本不需要,塑料加工的成本会大幅度降低。

石墨烯是目前已知的最薄也最坚硬的纳米材料,被认为是一种未来30年全世界科技竞争最激烈的革命性材料。在石墨烯衍生品的大家族里,新近在萧山科技城诞生了一名新成员——聚合级专用石墨烯。这是我国高分子新材料领域的一项重大创新性成果,它能够使得PVC高分子耐热稳定性能大幅度提高,让石墨烯原位聚合PVC树脂原材料在180℃的加工成型温度下的耐热分解时间比传统产品提高了25倍到35倍,这是材料性能颠覆性的提高,会使得材料应用领域大大拓宽,加工过程热稳定剂的使用量减少甚至根本不需要,塑料加工的成本会大幅度降低。聚合级石墨烯同样可以应用在聚酯纤维的原位聚合缩聚反应中,由于PET缩聚反应比PVC聚合反应压力要低,产业化推广应用的可能性更大。由于聚合级石墨烯是通过原位聚合反应与高分子结合成为复合新材料,它的添加使用量降到了传统混合方法石墨烯改性高分子复合材料的十分之一。因此,这一产品的发明创新使得价格昂贵的石墨烯具备推广价值,在PVC高分子原位聚合中出现规模化应用的前景。

经过4年的努力,日前,萧山科技城入驻企业——杭州华烯新材经过反复试验和产学研协同,终于在小试验和30立升反应釜中间试验生产线取得大量数据成果基础上,让聚合级专用石墨烯从实验室走入了100吨/年规模的生产线。杭州华烯新材料科技有限公司自2016年入驻萧山科技城以来,一直致力于聚合级石墨烯产品的研发和产业化应用。由于聚合级专用石墨烯是世界上还没有的创新产品,生产设备和计算机控制都都是没有现成模板可以参考。在科技城管理局的协调支持下,华烯同浙江大学、浙江工业大学、浙江理工大学、杭州电子科技大学、杭州师范大学等5所大学都签订技术合作协议,还与澳大利亚新南威尔士大学签订了战略合作协议,加入了华烯石墨烯个性化定制研发平台协同攻关。

4年来,这支由7名博士和10几名研究生组成的创新团队一直在努力,他们中有4名是海归博士,大部分都是浙江大学校友,秉承浙大“求是”学风,不浮躁、不虚狂,脚踏实地,感愿默默无闻,撸起袖子加油干。在科技城石墨烯工程创新中心实验室、在华烯聚合级石墨烯生产车间、在杭州电化集团产业化基地,可以经常看到多名华烯签约博士在生产一线潜心技术攻关。他们有的分工解决石墨烯聚合反应动力学难题,有的对石墨烯原位聚合反应试验过程大数据进行工程建模,有的对石墨烯复合材料进行分子结构剖析评价,有的解决石墨烯分散剥离的智能化工程方案,有的进行目标产品标准化设计和市场对接。通过集合不同学科的专业人才进行跨界合作,调动了在杭州高校的一大批高端测试仪器设备,他们攻克了一个又一个石墨烯产业化应用技术难题。这个协同创新团队的领军人物是他们的浙大高分子系学長韩和良老师,韩老师是享受国务院特殊津贴专家,是萧山区引进的B类高层次人才,2016年带领团队落户萧山科技城。到目前为止,已经完成了聚合级石墨烯产业化应用全产业链系统解决方案,杭州电化集团、浙江传化华洋化工等已经率先与华烯新材签约进行了产业化应用对接。科技城孵化扶持成功的这一创新成果,是我国石墨烯新材料领域少数为终端用户接受具备进入大规模产业化市场应用的项目。由于萧山科技城这几年在杭州市的石墨烯创新平台上高手云集,石墨烯研究人才相对集中,杭州市石墨烯创新联盟的理事长单位和秘书处就设在萧山科技城,浙江大学郑强教授和高超教授还由萧山经济技术开发区管委会聘请担任了石墨烯联盟首席科学家。被推荐担任杭州市石墨烯产业联盟主席韩和良同样也是毕业于浙江大学高分子科学与工程系。

今年7月初,华烯公司成功建成并进入试运行聚合级专用石墨烯智能制造平台。这条刚刚建好的规模化生产线应用了工业大数据和人工智能的最新成果,引进浙江工业大学计算机智能仿真技术国家级实验室团队来支持技术创新,只需一键启动,就能完成聚合级专用石墨烯智能化生产。该生产线还将安装一台工业巡检机器人,每几分钟对整条工艺流水线进行一次非接触巡逻检查。机器人通过红外线检查温度,用声强声纹仪检查几十台大功率超声波工作状态,并将各类温度、粘度、流量、液位数据同步传到中央控制室。此外,按照设计方案,生产线的全部工业大数据将通过5G网络同步集中到位于3公里外的科技城石墨烯高分子工程创新中心专家支持系统,如果生产过程出现不正常情况,专家系统会按照应急预案发出指令处置。华烯目前建立的生产线,最大年产能已可突破300吨聚合级石墨烯,是浙江省产能最大石墨烯个性化定制生产线,可以与杭电化集团万吨级石墨烯原位聚合工业化生产线进行产业链配套。杭电化集团正在与华烯及浙江工业大学国家级实验室大数据工程建模技术团队合作,把试验过程DCS大数据堆集进行数据挖掘和补充试验,建立反应过程模型和产品性能数据预测模型,工业大数据工程建模方法将大幅度缩短产品工业化过程,减少试验成本,优化产品性能和实现新产品与传统智能化生产DCS体系的无缝对接。项目组目前的人才团队知识结构有能力完成这项开创性工作。

据了解,华烯新材料研发的智能化聚合级石墨烯个性化定制生产设备,避免了目前国内石墨烯产品同质化的现象,石墨烯产品的神奇特性,并不是所有的应用领域都需要提供相同的指标。据该项目课题负责人介绍,聚合级石墨烯因为参与聚合反应,所以对石墨烯表面官能团有特殊的限制要求。因为聚合物最终产品的形态特征有严格的标准,所以聚合级石墨烯的片层尺寸也有苛刻的标准限制。需要对石墨烯性能和形态进行个性化精准设计定制。由于是个性化定制专用石墨烯,华烯对国内外10几家原料供应商进行了技术经济评价和试验,已经基本确定了高品位鳞片石墨的长期供应商,生产成本将降至市场价格的三分之一甚至更低。因此有理由推断:作为高分子聚合产业链的上游产品的聚合级石墨烯的量化生产,或将使高分子树脂塑料和化学纤维行业实现重大产业升级,会带动本地区及全行业迎来供给侧结构重大变革!

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