“黑黄金”来了！国产自研大丝束碳纤维投产实现自主可控

　　如今，在陶瓷、稀土、合金、有机硅等新型材料中，有这样一种材料，小到球拍、钓鱼竿等民用产品，大到飞机、卫星和导弹等高精尖设备，都是它大展身手的领域。它就是被誉为“新材料之王”的碳纤维。
 

　　这是一种由有机纤维在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构且含碳量超过90%的高性能纤维材料，有着质轻、耐腐蚀、低膨胀和抗疲劳等优异性能，是新一代增强材料。不仅如此，碳纤维还具有优良的机械性能，如高拉伸模量、低密度和耐高温。然而，碳纤维通常无法直接使用，需要与基体相结合成为复合材料。
 

　　聚丙烯腈基碳纤维在工业规模化生产中占据绝对主导地位，并根据应用领域的不同，按照丝束大小又被分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维。通常将48K(每束含有48000根碳纤维)及以上的是大丝束碳纤维，主要用于汽车、风电叶片、 能源建筑和体育用品等，也被称为工业级碳纤维，主要有50、60、120、240、360K等；反之则成为小丝束碳纤维，也被叫做宇航级碳纤维，主要有1、3、12、24K等。
 

　　相较于小丝束碳纤维，大丝束碳纤维最大的优势就是低成本和生产效率高，可拓展碳纤维复合材料的应用途径，是目前碳纤维发展的重点方向之一，被称之为“黑黄金”。近年来，国产聚丙烯腈基碳纤维的制备和应用技术取得了显著的成绩，进一步增强了碳纤维产业的竞争力，大丝束碳纤维目前成为我国市场上各方关注的热点。
 

　　然而，同样相较于小丝束碳纤维，大丝束碳纤维的制备技术更难，比如凝固成型、牵伸、预氧化、碳化、上浆等的均匀性难度极大。并且毛丝问题也是国产碳纤维的主要问题之一，在大丝束碳纤维展纱过程中会出现毛丝甚至断纱，十分影响预浸料的制备工艺性，导致复合材料力学性能分散性较大，进一步增加了大丝束碳纤维应用难度。一直以来，碳纤维核心技术只有少数发达国家掌握。
 

　　日前，我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线近日在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车，并生产出合格产品。该项目采用了中国石化自主开发的PAN (聚丙烯腈)基大丝束原丝、碳纤维技术，分两个阶段实施，计划于2024年全部建成投产，届时共达到2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。
 

　　这是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料，其力学性能优异，比重不到钢的四分之一，强度却是钢的7至9倍，并且还具有耐腐蚀的特性。除此之外，48K大丝束最大的优势是在相同的生产条件下，不仅可以大幅度提高碳纤维单线产能和质量性能，还可以实现生产低成本化，从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。
 

　　上海石化从装备到工艺，为大丝束量身定制了专用生产线。如根据大丝束的要求自行设计氧化炉、碳化炉，不仅成功掌握了控制温度场的关键核心技术，还配置了节能型设计可实现能源综合利用，这在国内外装备领域也是绝无仅有。针对大丝束特点自行设计制造国产化生产线，中国石化树立了我国碳纤维建设史上的里程碑。
 

　　在接下来的碳纤维产业发展中，他们还将继续在科研方面加大投入，产业方面加快布局，机制体制方面深化创新，应用场景全面推广，以期在多种工艺流程实现通用级、大丝束、小丝束、高性能等产品方面全面突破，致力于产品质量的提升、高效化生产、节能化和低成本化等方面的研究，助力我国大丝束碳纤维产业的长远发展，为引领和推动我国碳纤维产业发展做出贡献。
 

　　(资料参考来源：科技日报)
 

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