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好消息!国产碳纤维突破大束丝瓶颈,有望打破森严的技术壁垒

还记得前不久 “一根直径0.5毫米的细丝线竟能吊起一个人!”的高强度纤维吗?今天给大家介绍一个“比重不到钢的1/4,强度却是钢的7~9倍”的碳纤维。



这些天,上海石化火了媒体圈。《科技日报》《工人日报》《中国经济导报》《中国化工报》,《解放日报》《文汇报》《新民晚报》《劳动报》,新华网、人民网、光明网、央广网、中国新闻网、上观新闻、周到新闻等各大媒体纷纷报道:


上海石化大丝束碳纤维技术“破炉而出”!



事情是这样的


中国石化上海石化十年磨一剑,成功开发出48K大丝束碳纤维的聚合、纺丝、氧化炭化成套工艺技术,所生产的碳纤维具有优异的表面结构和界面性能,并实现低成本化。我国在该领域一直以来仰人鼻息的历史宣告结束。


据“聚丙烯腈(PAN)基大丝束原丝和碳纤维技术及工艺包开发”项目首席、上海石化腈纶部总工程师黄翔宇介绍,在业内,每束碳纤维根数小于24000根(24K)的被称为小丝束;大于48000根(48K)的则称为大丝束。此前,国内大丝束碳纤维每年业务量数千吨,全部依赖进口,相关核心技术由日本、美国等少数发达国家掌握,技术壁垒森严。


所以“黑黄金”碳纤维到底是个啥?

什么又是48K大丝束碳纤维?

这就为您科普

↓ ↓ ↓



碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量新型纤维材料。直径只有头发的1/50,其力学性能优异,比重不到钢的1/4,强度却是钢的7~9倍,并且还具有耐腐蚀性、高模量的特性,被称为“新材料之王”,在各行各业有着广泛的应用前景。


在碳纤维行业内,通常将每束碳纤维根数大于48000根(简称48K)的称为大丝束碳纤维。目前,国内每束碳纤维基本处于1000根(1K)~12000根(12K)之间,称为小丝束。


48K大丝束最大的优势,就是在相同的生产条件下,可大幅度提高碳纤维单线产能和质量性能,并实现生产低成本化,从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。


自主研发,十年磨一剑


碳纤维有着森严的技术壁垒,迄今为止核心技术也只有日本、美国等少数发达国家拥有并掌握。对此,上海石化在上海市的大力支持下,与上海石化研究院、上海工程公司、复旦大学等数十家科研院所、高校、企业等一起,走出了一条以企业为主体的“产、学、研、用”相结合的协同创新之路,并凭借高校强大的基础理论研究与企业的工程化技术开发无缝对接,不“摸黑前行”,不“无谓模仿”,不“盲目试错”,在明确目标的指引下,少走弯路,跨越鸿沟,取得了技术的积累。



据上海石化腈纶部总工程师黄翔宇介绍,从12K小丝束到48K大丝束,并不是把喷丝口数量从1.2万个放大到4.8万个这么简单,中间要走过一条十分艰难的攻关之路,这需要深厚的科研理论作指导,丰富的实践经验作支撑,才能解决很多关键的技术难点,而上海石化经过10年磨一剑,创造了这一条件。可以说,从12K到48K的成功突破,标志着上海石化碳纤维技术从量变到质变的飞跃,不仅填补了国内空白,而且达到了国际先进水平,这将对“上海智造”工业产生巨大的推动作用。


十年历程一览


2008年11月

上海石化建成碳纤维中试装置


2009年

研制出12K原丝


2012年9月

年产3000吨原丝、1500吨碳纤维项目一阶段工程建成投产


2016年

开展碳纤维48K大丝束原丝工业化研究试验


2018年3月

成功试制出48K大丝束碳纤维


应用领域,大显身手


目前,上海石化碳纤维已经在传统能源领域一显身手。在莫桑比克N6公路、天津津滨高速立交桥、沈阳至丹东铁路线、辽宁蓡窝水库等9个病险基础设施维修工程中,采用碳纤维拉挤板材加固,不仅施工高效便捷,而且结构承载力明显提高。在碳纤维齿轮替代进口塑料齿轮,以及加固修补液相丙烯、抽余碳四、火炬气、甲烷氢、氮气、污水等石化管道、高腐蚀设备、化工车间受腐蚀建筑等方面得到示范应用,效果良好。



上海石化还与胜利油田分公司及其改制企业新大管业科技有限公司合作,开发碳纤维抽油杆,经过5个批次的试验后,抽油杆性能优良,同国外碳纤维水平相当,完全可以取代进口。截至2017年底,胜利油田已使用上海石化碳纤维连续抽油杆试验应用共93口井,累计用杆20.9万米,目前正在进一步推广应用,特别是西北高腐蚀深井。



随着48K大丝束碳纤维的面世,上海石化碳纤维技术有了支撑产业发展的强大动力,迎来更加广阔的应用前景。在传统能源和新能源领域,该公司将开发生产通用级、低成本大丝束、高强高模量级碳纤维原料,重点应用到:


★油田(抽油杆、抽油套管、部件等);


★常压及高压容器(高压CNG瓶、车载CNG罐,储氢气瓶,压缩空气瓶等);


★加油站双层罐、车载罐,石化管道修复加固(各种材质、工况的厂区管道,长输原油管线等);


★大容量风电叶片等;


★在轨道交通、新能源汽车、民用航空、风电等高端领域,实现商业应用或产业化示范应用。


目前,上海石化已与海上风电、大型风电、汽车行业等相关项目展开合作意向。

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