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“黑黃金”來了！國產自研大絲束碳纖維投產實現自主可控
2022年10月20日 14:34:07
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：5952
日前，我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產線近日在中國石化上海石化碳纖維產業基地投料開車，并生產出合格產品。
【化工儀器網 項目成果】如今，在陶瓷、稀土、合金、有機硅等新型材料中，有這樣一種材料，小到球拍、釣魚竿等民用產品，大到飛機、衛星和導彈等高精尖設備，都是它大展身手的領域。它就是被譽為“新材料之王”的碳纖維。
這是一種由有機纖維在高溫環境下裂解碳化形成碳主鏈結構且含碳量超過90%的高性能纖維材料，有著質輕、耐腐蝕、低膨脹和抗疲勞等優異性能，是新一代增強材料。不僅如此，碳纖維還具有優良的機械性能，如高拉伸模量、低密度和耐高溫。然而，碳纖維通常無法直接使用，需要與基體相結合成為復合材料。
聚丙烯腈基碳纖維在工業規模化生產中占據絕對主導地位，并根據應用領域的不同，按照絲束大小又被分為大絲束碳纖維和小絲束碳纖維。通常將48K(每束含有48000根碳纖維)及以上的是大絲束碳纖維，主要用于汽車、風電葉片、 能源建筑和體育用品等，也被稱為工業級碳纖維，主要有50、60、120、240、360K等；反之則成為小絲束碳纖維，也被叫做宇航級碳纖維，主要有1、3、12、24K等。
相較于小絲束碳纖維，大絲束碳纖維最大的優勢就是低成本和生產效率高，可拓展碳纖維復合材料的應用途徑，是目前碳纖維發展的重點方向之一，被稱之為“黑黃金”。近年來，國產聚丙烯腈基碳纖維的制備和應用技術取得了顯著的成績，進一步增強了碳纖維產業的競爭力，大絲束碳纖維目前成為我國市場上各方關注的熱點。
然而，同樣相較于小絲束碳纖維，大絲束碳纖維的制備技術更難，比如凝固成型、牽伸、預氧化、碳化、上漿等的均勻性難度極大。并且毛絲問題也是國產碳纖維的主要問題之一，在大絲束碳纖維展紗過程中會出現毛絲甚至斷紗，十分影響預浸料的制備工藝性，導致復合材料力學性能分散性較大，進一步增加了大絲束碳纖維應用難度。一直以來，碳纖維核心技術只有少數發達國家掌握。
日前，我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產線近日在中國石化上海石化碳纖維產業基地投料開車，并生產出合格產品。該項目采用了中國石化自主開發的PAN (聚丙烯腈)基大絲束原絲、碳纖維技術，分兩個階段實施，計劃于2024年全部建成投產，屆時共達到2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年大絲束碳纖維產能。
這是一種含碳量在95%以上的高強度新型纖維材料，其力學性能優異，比重不到鋼的四分之一，強度卻是鋼的7至9倍，并且還具有耐腐蝕的特性。除此之外，48K大絲束最大的優勢是在相同的生產條件下，不僅可以大幅度提高碳纖維單線產能和質量性能，還可以實現生產低成本化，從而打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限。
上海石化從裝備到工藝，為大絲束量身定制了專用生產線。如根據大絲束的要求自行設計氧化爐、碳化爐，不僅成功掌握了控制溫度場的關鍵核心技術，還配置了節能型設計可實現能源綜合利用，這在國內外裝備領域也是絕無僅有。針對大絲束特點自行設計制造國產化生產線，中國石化樹立了我國碳纖維建設史上的里程碑。
在接下來的碳纖維產業發展中，他們還將繼續在科研方面加大投入，產業方面加快布局，機制體制方面深化創新，應用場景全面推廣，以期在多種工藝流程實現通用級、大絲束、小絲束、高性能等產品方面全面突破，致力于產品質量的提升、高效化生產、節能化和低成本化等方面的研究，助力我國大絲束碳纖維產業的長遠發展，為引領和推動我國碳纖維產業發展做出貢獻。
(資料參考來源：科技日報)
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