在今年的

第28屆中國(guó)國(guó)際復(fù)材展上，

一個(gè)新產(chǎn)品的展臺(tái)前人頭攢動(dòng)，

來自全球的參觀者在此駐足。

第25屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)期間，沙特工業(yè)與礦產(chǎn)部部長(zhǎng)班達(dá)爾·胡萊夫（Bandar Al-Khorayef）參觀中國(guó)石化上海石化展臺(tái)時(shí)了解碳纖維材料在風(fēng)能發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)備及體育休閑用品等方面的具體應(yīng)用案例。

這里是中國(guó)石化上海石化自主研發(fā)的

60K大絲束碳纖維新產(chǎn)品展臺(tái)，

該產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，

有效填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空白，

性能更是達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平！

啥是碳纖維？啥叫大絲束？

這玩意兒誰(shuí)研究的？

看不懂？沒關(guān)系，

今天小新就帶大家走近“新材料之王”

——碳纖維，和它的來時(shí)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(zhì)，

可能是非軟即脆的石墨，

也可能是無堅(jiān)不摧的金剛石，

但不管哪一種，

都與“纖維”所去甚遠(yuǎn)。

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(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，

且耐腐蝕、抗形變能力強(qiáng)，

可以應(yīng)用于風(fēng)能、太陽(yáng)能、

高鐵動(dòng)車、飛機(jī)部件等工業(yè)領(lǐng)域，

也可以變成你身邊的生活用品。

當(dāng)然，碳纖維擁有一個(gè)

很龐大的“家族”。

就像手機(jī)產(chǎn)品有多種型號(hào)，

碳纖維也有“逐級(jí)進(jìn)階”的分類，

劃分標(biāo)準(zhǔn)是——絲束，

意思就是，

一束里面含多少根碳纖維單絲，

主要可以分為

小絲束和大絲束兩類。

科普一下

小絲束：碳纖維絲束規(guī)格低于24K，單絲數(shù)量在1000根～24000根之間，包括1K、3K、6K、12K、24K等。小絲束碳纖維生產(chǎn)工藝難度大、性能優(yōu)異、價(jià)格和成本較高、產(chǎn)量較低。小絲束的碳纖維產(chǎn)品主要應(yīng)用于國(guó)防軍工如飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星等高科技領(lǐng)域，以及體育休閑用品，比如漁具、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等。

大絲束：碳纖維絲束規(guī)格達(dá)到或超過48K，單絲數(shù)量超過48000根，包括48K、60K等，主要應(yīng)用于工業(yè)，包括紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運(yùn)輸和能源等領(lǐng)域。大絲束碳纖維最大的優(yōu)勢(shì)是在相同的生產(chǎn)條件下，大幅度提高碳纖維單線產(chǎn)能和質(zhì)量性能且生產(chǎn)低成本化，打破了碳纖維高昂價(jià)格帶來的應(yīng)用局限。

可能有朋友會(huì)問了

絲束越大，就越厲害嗎？

也不能這么武斷。

碳纖維的發(fā)展是從小絲束起步，

再慢慢發(fā)展到大絲束，

大絲束和小絲束

有各自的應(yīng)用領(lǐng)域。

大絲束碳纖維的制造成本相對(duì)較低，

又稱“工業(yè)級(jí)”碳纖維，

受下游風(fēng)電與汽車輕量化等需求帶動(dòng)，

生產(chǎn)應(yīng)用前景廣闊。

而小絲束工藝難度大，

更多應(yīng)用在航空等高科技領(lǐng)域。

除了按照大小絲束分類，

碳纖維還可以被劃分為

通用型碳纖維和高性能碳纖維。

這是一種根據(jù)性能、成本、市場(chǎng)

和應(yīng)用導(dǎo)向進(jìn)行的劃分。

科普一下

通用型碳纖維：生產(chǎn)工藝相對(duì)成熟，成本相對(duì)較低，以滿足基本強(qiáng)度要求為主要目標(biāo)，主要指T300級(jí)的碳纖維，其拉伸強(qiáng)度大約在3530MPa，拉伸模量大約在230GPa。通用碳纖維主要應(yīng)用于民用工業(yè)領(lǐng)域，追求性價(jià)比和輕量化效果的場(chǎng)景，如魚竿、自行車架、羽毛球拍、風(fēng)機(jī)葉片、建筑補(bǔ)強(qiáng)、無人機(jī)機(jī)架等。

高性能碳纖維：需超高純度原絲、更高碳化溫度（石墨化），工藝復(fù)雜，成本高昂，泛指性能顯著優(yōu)于T300級(jí)的碳纖維，主要包括高強(qiáng)型（T700，T800，T1000）、高模型（M40J，M50J，M60J）、高強(qiáng)高模型（M55J，M65J）。高性能碳纖維主要應(yīng)用于高端航空航天、頂尖科技領(lǐng)域，追求極致的減重和性能提升，如飛機(jī)主承力結(jié)構(gòu)（機(jī)翼、機(jī)身）、方向舵、高端競(jìng)賽級(jí)自行車、精密儀器設(shè)備等。

2022年12月，中建八局采用上海石化48K大絲束碳纖維筋研發(fā)的碳纖維吊桿成功應(yīng)用于青島?？诼房顼L(fēng)河大橋。該項(xiàng)目是我國(guó)首個(gè)應(yīng)用大絲束碳纖維索錨體系的橋梁工程。據(jù)了解，該橋總長(zhǎng)377米，主橋?yàn)楠?dú)塔斜拉—連續(xù)梁協(xié)作體系，大橋副拱12根吊桿均為碳纖維吊桿。

截至目前，

中國(guó)石化已擁有

24K、48K、60K等不同絲束規(guī)格

近20種型號(hào)的

碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)能力，

形成了“通用型+高性能”

“大絲束+小絲束”產(chǎn)品全譜系，

助力我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈

實(shí)現(xiàn)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(huì)上大放異彩，

我國(guó)碳纖維背后的研發(fā)之路

卻無比艱辛。

碳纖維有著森嚴(yán)的技術(shù)壁壘，

它的技術(shù)核心

曾一度被日本、美國(guó)等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家

掌握并封鎖。

中國(guó)石化經(jīng)過20年攻關(guān)，

終于成為國(guó)內(nèi)第一家、全球第四家

掌握大絲束碳纖維技術(shù)的企業(yè)。

2007年，

為了突破“卡脖子”技術(shù)，

中國(guó)石化響應(yīng)國(guó)家號(hào)召

決策部署PAN（聚丙烯腈）基碳纖維

的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)工作。

上海石化協(xié)同國(guó)內(nèi)

數(shù)十家科研院所、高校、企業(yè)，

在沒有經(jīng)驗(yàn)可循的條件下，

一步一個(gè)腳印進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

2008年11月

建成小絲束碳纖維中試裝置。

2009年3月

成功研制出12K原絲。

2012年9月，

自主技術(shù)建設(shè)的

500噸/年小絲束碳纖維裝置

率先投產(chǎn)。

2018年3月8日，

在小絲束碳纖維裝置上

試制成功了國(guó)內(nèi)首批

48K大絲束碳纖維。

2022年2月4日，

上海石化碳纖維復(fù)合材料制成的

火炬“飛揚(yáng)”

驚艷北京冬奧會(huì)。

2022年10月，

在中國(guó)石化上海石化，

我國(guó)首個(gè)萬噸級(jí)48K大絲束碳纖維工程

第一套國(guó)產(chǎn)線產(chǎn)出合格產(chǎn)品，

意味著我國(guó)大絲束碳纖維

走向了低成本化的規(guī)模生產(chǎn)。

今年9月17日，

“碳纖維家族”再度壯大，

60K大絲束碳纖維新產(chǎn)品

正式與大眾見面。

20年磨一劍，

研發(fā)者們的目標(biāo)

是以國(guó)產(chǎn)碳纖維代替進(jìn)口，

讓更多高端新材料

走進(jìn)“尋常百姓家”。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存：

中國(guó)的碳纖維產(chǎn)業(yè)何去何從？

近年來，

中國(guó)的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，

我國(guó)已成為全球重要的

碳纖維生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。

2024年，

國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)能約13.55萬噸，

預(yù)計(jì)2025年產(chǎn)能超15萬噸，

全球占比顯著提升，

但結(jié)構(gòu)性過剩問題依然存在，

中低端產(chǎn)能過剩，

高端產(chǎn)能仍不足。

在技術(shù)進(jìn)展方面，

小絲束碳纖維T700、

T800級(jí)已規(guī)?；a(chǎn)。

T1000級(jí)、M55J級(jí)以上

高強(qiáng)高模產(chǎn)品已有突破，

預(yù)計(jì)在2025—2030年

逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

大絲束碳纖維通用級(jí)

已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，

T700高性能大絲束碳纖維實(shí)現(xiàn)突破，

工業(yè)化達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

然而，

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)面臨的挑戰(zhàn)

也十分明顯，

主要是核心技術(shù)有待突破。

在高性能原絲、高純度試劑、高端樹脂、

穩(wěn)定化生產(chǎn)工藝等方面，

我們與國(guó)際最先進(jìn)水平尚有差距。

沒有火眼金睛，

如何鑒別碳纖維“真假”？

如今，

市場(chǎng)上的碳纖維魚龍混雜，

經(jīng)常有朋友會(huì)問，

要如何辨別我買到了碳纖維“真貨”？

這個(gè)問題還真不好回答。

因?yàn)樘祭w維屬于材料，

并不是直接能被購(gòu)買的“商品”。

我們?cè)谑袌?chǎng)上看到的

都是碳纖維復(fù)合材料制品。

就拿上文提到的

北京冬奧會(huì)“飛揚(yáng)”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(jié)合，

這種復(fù)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復(fù)合，

就可以制成耐受1400攝氏度高溫的

“加強(qiáng)版”材料，

可應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片。

所以您不用擔(dān)心，

碳纖維材料的真假，

會(huì)由產(chǎn)品的生產(chǎn)廠商判斷。

廠商會(huì)通過專業(yè)機(jī)構(gòu)和設(shè)備

進(jìn)行性能檢測(cè)，分析性能指標(biāo)。

只要認(rèn)準(zhǔn)權(quán)威、全面的質(zhì)檢報(bào)告，

您拿到手的產(chǎn)品

就有保障。

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責(zé)任編輯丨張?jiān)皆?/p>

校對(duì)丨劉一鳴 陳伊南

執(zhí)行主編丨劉海草 張灝然

內(nèi)容來源｜中國(guó)石化