全球僅4家企業能造的“黑黃金”PRO,正在走進“尋常百姓家”

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在今年的

第28屆中國國際復材展上,

一個新產品的展臺前人頭攢動,

來自全球的參觀者在此駐足。

第25屆中國國際工業博覽會期間,沙特工業與礦產部部長班達爾·胡萊夫(Bandar Al-Khorayef)參觀中國石化上海石化展臺時瞭解碳纖維材料在風能發電、儲能設備及體育休閒用品等方面的具體應用案例。

這裏是中國石化上海石化自主研發的

60K大絲束碳纖維新產品展臺,

該產品是國內首創,

有效填補了國內市場空白,

性能更是達到了國際領先水平!

啥是碳纖維?啥叫大絲束?

這玩意兒誰研究的?

看不懂?沒關係,

今天小新就帶大家走近“新材料之王”

——碳纖維,和它的來時路。

材料界的“新晉頂流”

和它的龐大“家族”

說到碳,

我們首先想到的

由碳原子組成的物質,

可能是非軟即脆的石墨,

也可能是無堅不摧的金剛石,

但不管哪一種,

都與“纖維”所去甚遠。

近幾年,碳纖維可謂是

材料界的“新晉頂流”,

江湖人稱“黑黃金”。

它比重不到鋼的1/4,

強度卻是鋼的7至9倍

且耐腐蝕、抗形變能力強,

可以應用於風能、太陽能、

高鐵動車、飛機部件等工業領域,

也可以變成你身邊的生活用品。

當然,碳纖維擁有一個

很龐大的“家族”。

就像手機產品有多種型號,

碳纖維也有“逐級進階”的分類,

劃分標準是——絲束,

意思就是,

一束裏面含多少根碳纖維單絲,

主要可以分爲

小絲束大絲束兩類。

科普一下

小絲束:碳纖維絲束規格低於24K,單絲數量在1000根~24000根之間,包括1K、3K、6K、12K、24K等。小絲束碳纖維生產工藝難度大、性能優異、價格和成本較高、產量較低。小絲束的碳纖維產品主要應用於國防軍工如飛機、導彈、火箭、衛星等高科技領域,以及體育休閒用品,比如漁具、高爾夫球杆、網球拍等。

大絲束:碳纖維絲束規格達到或超過48K,單絲數量超過48000根,包括48K、60K等,主要應用於工業,包括紡織、醫藥衛生、機電、土木建築、交通運輸和能源等領域。大絲束碳纖維最大的優勢是在相同的生產條件下,大幅度提高碳纖維單線產能和質量性能且生產低成本化,打破了碳纖維高昂價格帶來的應用侷限。

可能有朋友會問了

絲束越大,就越厲害嗎?

也不能這麼武斷。

碳纖維的發展是從小絲束起步,

再慢慢發展到大絲束,

大絲束和小絲束

有各自的應用領域。

大絲束碳纖維的製造成本相對較低,

又稱“工業級”碳纖維,

受下游風電與汽車輕量化等需求帶動,

生產應用前景廣闊。

而小絲束工藝難度大,

更多應用在航空等高科技領域。

除了按照大小絲束分類,

碳纖維還可以被劃分爲

通用型碳纖維和高性能碳纖維

這是一種根據性能、成本、市場

和應用導向進行的劃分。

科普一下

通用型碳纖維:生產工藝相對成熟,成本相對較低,以滿足基本強度要求爲主要目標,主要指T300級的碳纖維,其拉伸強度大約在3530MPa,拉伸模量大約在230GPa。通用碳纖維主要應用於民用工業領域,追求性價比和輕量化效果的場景,如魚竿、自行車架、羽毛球拍、風機葉片、建築補強、無人機機架等。

高性能碳纖維:需超高純度原絲、更高碳化溫度(石墨化),工藝複雜,成本高昂,泛指性能顯著優於T300級的碳纖維,主要包括高強型(T700,T800,T1000)、高模型(M40J,M50J,M60J)、高強高模型(M55J,M65J)。高性能碳纖維主要應用於高端航空航天、頂尖科技領域,追求極致的減重和性能提升,如飛機主承力結構(機翼、機身)、方向舵、高端競賽級自行車、精密儀器設備等。

2022年12月,中建八局採用上海石化48K大絲束碳纖維筋研發的碳纖維吊杆成功應用於青島海口路跨風河大橋。該項目是我國首個應用大絲束碳纖維索錨體系的橋樑工程。據瞭解,該橋總長377米,主橋爲獨塔斜拉—連續梁協作體系,大橋副拱12根吊杆均爲碳纖維吊杆。

截至目前,

中國石化已擁有

24K、48K、60K等不同絲束規格

近20種型號的

碳纖維產品生產能力,

形成了“通用型+高性能”

“大絲束+小絲束”產品全譜系

助力我國碳纖維產業鏈

實現自主可控。

60K的大絲束

是如何“煉”成的?

別看60K大絲束碳纖維

在展會上大放異彩,

我國碳纖維背後的研發之路

卻無比艱辛。

碳纖維有着森嚴的技術壁壘,

它的技術核心

曾一度被日本、美國等少數發達國家

掌握並封鎖。

中國石化經過20年攻關,

終於成爲國內第一家、全球第四家

掌握大絲束碳纖維技術的企業。

2007年,

爲了突破“卡脖子”技術,

中國石化響應國家號召

決策部署PAN(聚丙烯腈)基碳纖維

的研發和產業化攻關工作。

上海石化協同國內

數十家科研院所、高校、企業,

在沒有經驗可循的條件下,

一步一個腳印進行技術攻關。

2008年11月

建成小絲束碳纖維中試裝置。

2009年3月

成功研製出12K原絲。

2012年9月,

自主技術建設的

500噸/年小絲束碳纖維裝置

率先投產。

2018年3月8日,

在小絲束碳纖維裝置上

試製成功了國內首批

48K大絲束碳纖維。

2022年2月4日,

上海石化碳纖維複合材料製成的

火炬“飛揚”

驚豔北京冬奧會。

2022年10月,

在中國石化上海石化,

我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程

第一套國產線產出合格產品,

意味着我國大絲束碳纖維

走向了低成本化的規模生產。

今年9月17日,

“碳纖維家族”再度壯大,

60K大絲束碳纖維新產品

正式與大衆見面。

20年磨一劍,

研發者們的目標

是以國產碳纖維代替進口,

讓更多高端新材料

走進“尋常百姓家”。

機遇與挑戰並存:

中國的碳纖維產業何去何從?

近年來,

中國的碳纖維產業發展迅速,

我國已成爲全球重要的

碳纖維生產國和消費國。

2024年,

國內碳纖維產能約13.55萬噸,

預計2025年產能超15萬噸,

全球佔比顯著提升,

但結構性過剩問題依然存在,

中低端產能過剩,

高端產能仍不足。

在技術進展方面,

小絲束碳纖維T700、

T800級已規模化生產。

T1000級、M55J級以上

高強高模產品已有突破,

預計在2025—2030年

逐步實現國產化。

大絲束碳纖維通用級

已實現規模化生產,

T700高性能大絲束碳纖維實現突破,

工業化達到國際先進水平。

然而,

國內市場面臨的挑戰

也十分明顯,

主要是核心技術有待突破。

在高性能原絲、高純度試劑、高端樹脂、

穩定化生產工藝等方面,

我們與國際最先進水平尚有差距。

沒有火眼金睛,

如何鑑別碳纖維“真假”?

如今,

市場上的碳纖維魚龍混雜,

經常有朋友會問,

要如何辨別我買到了碳纖維“真貨”?

這個問題還真不好回答。

因爲碳纖維屬於材料,

並不是直接能被購買的“商品”。

我們在市場上看到的

都是碳纖維複合材料製品

就拿上文提到的

北京冬奧會“飛揚”火炬來說吧,

它就是碳纖維材料

與一種耐火耐高溫樹脂的結合,

這種複合材料能承受800攝氏度的高溫。

如果將碳纖維與陶瓷基材料複合,

就可以製成耐受1400攝氏度高溫的

“加強版”材料,

可應用於航空發動機渦輪葉片。

所以您不用擔心,

碳纖維材料的真假,

會由產品的生產廠商判斷。

廠商會通過專業機構和設備

進行性能檢測,分析性能指標。

只要認準權威、全面的質檢報告,

您拿到手的產品

就有保障。

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責任編輯丨張越越

校對丨劉一鳴 陳伊南

執行主編丨劉海草 張灝然

內容來源|中國石化

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