快上車！大灣區(qū)最快的車用上了中石化碳纖維！
來源： 發(fā)布時間：2022-02-14 分享：
中國石化和中國中車開展協(xié)同創(chuàng)新
是國內較早研發(fā)碳纖維并進行產業(yè)化生產的企業(yè)
在碳纖維行業(yè)內，通常將每束碳纖維根數(shù)大于48000根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維。目前，國內每束碳纖維基本處于1000根～12000根之間，稱為小絲束。48K大絲束最大的優(yōu)勢，就是在相同的生產條件下，可大幅度提高碳纖維單線產能和質量性能，并實現(xiàn)生產低成本化，從而打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限。數(shù)量從1.2萬個放大到4.8萬個這么簡單，中間要走過一條十分艱難的攻關之路，這需要深厚的科研理論作指導，豐富的實踐經驗作支撐，才能解決很多關鍵的技術難點，而上海石化經過10年磨一劍，創(chuàng)造了這一條件。可以說，從12K到48K的成功突破，標志著上海石化碳纖維技術從量變到質變的飛躍，不僅填補了國內空白，而且達到了國際先進水平。碳纖維和我們日常戴的口罩“同宗同源”，它們都是億萬年前深埋在巖石地層里的、一坨黑乎乎的——石油！以最主流的PAN基碳纖維為例，從億萬年前形成的原油到2022北京冬奧會“飛揚”的制備流程十分漫長，是一次漫長的“飛揚”之旅。被石油工人開采出來的石油進入煉廠之后，經過常減壓裝置蒸餾處理，可以從中提取石腦油等組分。接下來將石腦油送到乙烯裝置，在溫度700~900攝氏度的乙烯裂解爐中，將其裂解成丙烯。當丙烯與氨、氧氣走到一起，在催化劑的推波助瀾之下，發(fā)生了丙烯氨氧化反應，得到了碳纖維的原料——丙烯腈。丙烯腈單體經過聚合反應，不斷連接在一起，形成了具有螺旋結構的聚丙烯腈大分子長鏈，這些長鏈卷曲纏繞在一起，形成了聚合物聚丙烯腈。聚丙烯腈不溶于水，需要加入特殊溶劑，纏結在一起的大分子鏈才能變成流動的紡絲液體。通過機械剪切和管道輸送，大分子逐漸有序排列，紡絲液從類似于淋浴花灑一樣的噴絲板的噴絲孔里高速擠出，在特制的溶液中凝固成型。經過一系列的機械拉伸，形成致密規(guī)整的白色原絲。白色原絲經過氧化、高低溫碳化等連續(xù)工藝，就像生面團烤制面餅，顏色從白變黃，再從黃變黑，纖維也越變越細，最終形成“黑黃金”碳纖維。碳纖維應用領域：在當今世界高速工業(yè)化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化，憑借著輕而強、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩(wěn)定性好及設計性好、可大面積整體成型等優(yōu)異性能，碳纖維已在航空航天、國防軍工和民用工業(yè)的各個領域得到廣泛應用。作為國內第一家率先突破48K大絲束碳纖維產業(yè)化技術的企業(yè)，自上海石化碳纖維問世后，在各個領域得到廣泛應用，對“中國制造”產生積極的推動作用。碳纖維抽油桿應用于采油產業(yè)。在2019年9月舉辦的第21屆中國國際工業(yè)博覽會上，由上海石化、勝利油田、勝利油田新大管業(yè)3家共同申報的“以碳纖維及其連續(xù)抽油桿研制為核心的新型高效機采系統(tǒng)”，獲工博會首次設立的中國國際工業(yè)博覽會大獎，成為一個以開發(fā)、應用碳纖維新材料提升傳統(tǒng)采油產業(yè)的成功案例。目前，該系統(tǒng)在勝利油田進行應用，性能優(yōu)良，與國外碳纖維水平相當，完全可以取代進口。目前，已在國內五大油田94個區(qū)塊545口井進行產業(yè)化應用，實現(xiàn)了直接經濟效益2.45億元。碳纖維耐磨制件應用于腈綸紡絲機械設備。2019年2月，由上海石化研制開發(fā)的碳纖維耐磨片被應用到腈綸紡絲機械設備上，這是碳纖維復合材料在工業(yè)領域的又一成功應用，打破了耐磨制件長期依賴進口的被動局面。工業(yè)機械設備長期以來采用進口材質制件，但磨損快、使用周期短等問題始終無法有效解決。上海石化工業(yè)用耐磨片以碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK）樹脂復合材料為基礎，采用先進造粒技術和擠出成型工藝加工制成，具有耐磨耐熱、抗腐蝕和自潤滑等優(yōu)異性能，使用壽命可延長3～4倍，有效提高了生產連續(xù)性，保證了腈綸絲束質量。碳纖維補強技術應用于公路、立交橋、高鐵、隧道等基礎設施維修加固工程。近年來，上海石化與哈爾濱工業(yè)大學等院校在碳纖維復合材料補強領域攜手攻關，目前，碳纖維補強技術已被廣泛應用于公路、立交橋、高鐵、隧道等存在病險的基礎設施維修工程。在莫桑比克N6公路、天津津濱高速立交橋、沈陽至丹東鐵路線、遼寧蓡窩水庫等病險基礎設施維修工程中，采用碳纖維拉擠板材加固，不僅施工高效便捷，而且結構承載力明顯增強。同時，在加固修補液相丙烯、抽余碳四、火炬氣、甲烷氫、氮氣、污水等石油石化管道、高腐蝕設備、化工車間受腐蝕建筑等方面應用效果良好，形成了豐富的應用經驗，具有良好的示范作用。碳纖維鋼筋替代傳統(tǒng)工程材料。2019年，一種可替代鋼筋的新型結構材料碳纖維筋成功問世，碳纖維筋是采用了特殊拉擠工藝，將碳纖維與樹脂結合，制成形似鋼筋的一種新材料，具有強度高、重量輕、耐腐蝕等優(yōu)點。權威部門測試鑒定結果表明，制品的抗拉強度、彈性模量等關鍵指標均優(yōu)于國家相關規(guī)范標準。由上海石化與中建八局、哈爾濱工業(yè)大學等單位合作開發(fā)的碳纖維筋，不但能降低構筑物自重，而且大幅增強了混凝土筋結構的耐海洋腐蝕性、耐水泥堿性等，能有效提高建筑物的耐久性能，降低維護成本，延長使用期限。碳纖維筋突破應用局限替代傳統(tǒng)工程材料，表明上海石化碳纖維復合材料的應用在國內土木工程領域處于領先水平。打造人才高低，上海石化碳纖維的“硅谷” ：2020年8月28日，上海石化先進材料創(chuàng)新研究院揭牌成立。這是上海石化在科技創(chuàng)新上推出的重要舉措，他們集中力量開展關鍵核心技術攻關和產業(yè)創(chuàng)新，推進中高端新材料產業(yè)企地融合發(fā)展。科研工作，最重要的是人才。目前，創(chuàng)新研究院通過內外部結合招聘，64人中，博士8人、碩士21人、本科21人，成為上海石化名副其實的“硅谷”。 同時，該院與上海碳纖維復合材料創(chuàng)新研究院、陶氏化學、華東理工大學、東華大學等高新企業(yè)、高校院所開展各項技術交流，共建合作推動高質量發(fā)展。目前，上海石化正著力打造中高端新材料產業(yè)集群，接下來，上海石化將著力開展核心技術研究，努力形成碳纖維工程化成套技術；努力打造以碳纖維產業(yè)為核心，以聚酯、聚烯烴、彈性體、碳五下游精細化工新材料產業(yè)為延伸的中高端新材料產業(yè)集群；利用研發(fā)制造碳纖維復合材料火炬外殼的契機，加快推進碳纖維及其復合材料核心技術攻關，為上海石化轉型發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展、跨越發(fā)展打造新引擎、匯聚新動能。
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