大絲束碳纖維的每一根絲束都有4.8萬根纖維,，每一根纖維的直徑只有頭發(fā)絲直徑的1/7到1/8。上海石化研發(fā)生產(chǎn)的大絲束碳纖維,，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度新型纖維材料,。其力學(xué)性能優(yōu)異,，比重不到鋼的四分之一，強(qiáng)度卻是鋼的7—9倍,，并且還具有耐腐蝕的特性,。

碳纖維是新一代增強(qiáng)纖維，被稱為“新材料之王”“黑黃金”,，可廣泛應(yīng)用于航空航天,、能源裝備,、交通運(yùn)輸、體育休閑等領(lǐng)域,。按絲束規(guī)格的不同,，可以將其分為小絲束碳纖維和大絲束碳纖維,。長期以來，我國主要在小絲束碳纖維方面實現(xiàn)了突破,。隨著我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產(chǎn)線在中國石化上海石化碳纖維產(chǎn)業(yè)基地投料開車,，并生產(chǎn)出性能媲美國外同級別產(chǎn)品的合格產(chǎn)品，我國大絲束碳纖維也從關(guān)鍵技術(shù)突破,、工業(yè)試生產(chǎn),、產(chǎn)業(yè)化，成功走向規(guī)?；完P(guān)鍵裝備國產(chǎn)化,，一舉破除了我國碳纖維生產(chǎn)和裝備受制于人的被動局面。

發(fā)展“大絲束”可降低碳纖維成本

眾所周知,，碳纖維是新能源,、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造,、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),，也是重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的新型結(jié)構(gòu)材料，更是大型飛機(jī),、衛(wèi)星,、船舶等裝備研制和更新?lián)Q代的重要基礎(chǔ)。

在業(yè)內(nèi),，通常將每束碳纖維根數(shù)大于4.8萬根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維,。

“它每一根絲束都有4.8萬根纖維，每一根纖維的直徑只有頭發(fā)絲直徑的1/7到1/8,。我們把碳纖維從特制的像花灑一樣的紡絲噴頭中噴出,、擠出后，再對其進(jìn)行像拉面條一樣的牽伸就形成了大絲束碳纖維原絲,?！敝袊虾Ｊ突す煞萦邢薰荆ㄒ韵潞喎Q上海石化）碳纖維事業(yè)部副總經(jīng)理李鵬介紹。

目前,，國內(nèi)每束碳纖維基本處于1000根至1.2萬根之間,，這樣的碳纖維被稱為小絲束碳纖維。但是由于小絲束碳纖維成本高,，影響了下游企業(yè)應(yīng)用碳纖維的積極性,。

“我們發(fā)現(xiàn)如果要推廣碳纖維實現(xiàn)工業(yè)化的應(yīng)用，一定要發(fā)展‘大絲束’,?！鄙虾Ｊ笨偨?jīng)理黃翔宇強(qiáng)調(diào)，我們在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)48K大絲束碳纖維的優(yōu)勢是在相同的工藝條件下，能夠大幅度地提高碳纖維的單線的生產(chǎn)能力,，如果控制得好,，它的質(zhì)量性能也能得到保證，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)低成本,，從而打破了碳纖維高昂價格帶來的應(yīng)用局限,。

用“中國技術(shù)”生產(chǎn)性能優(yōu)異的碳纖維

碳纖維技術(shù)有著森嚴(yán)的技術(shù)壁壘，此前大絲束碳纖維生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在美國,、德國,、日本的幾家大公司手中。中國石油化工集團(tuán)有限公司（以下簡稱中國石化）是國內(nèi)第一家,、全球第四家掌握大絲束碳纖維技術(shù)的企業(yè),。

大絲束碳纖維研發(fā)難在哪？上海石化相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹,，主要難點(diǎn)包括大絲束碳纖維制備過程中氧化反應(yīng)放熱的有效控制、一束絲4.8萬根碳纖維的紡絲均勻穩(wěn)定性控制,，以及生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行周期和穩(wěn)定性,。

黃翔宇介紹，為了在大絲束碳纖維制備中真正用上“中國技術(shù)”,，上海石化從裝備到工藝，為大絲束碳纖維量身定制了專用生產(chǎn)線,，如根據(jù)大絲束碳纖維的生產(chǎn)要求自行設(shè)計氧化爐,、碳化爐，不僅成功掌握了控制溫度場的關(guān)鍵技術(shù),，而且進(jìn)行了節(jié)能型設(shè)計,，可實現(xiàn)能源綜合利用。

此外,，上海石化采用聚合物分子鏈結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)獲得良好熱性能原絲,，系統(tǒng)研究紡絲原液流變性能保證原絲質(zhì)量穩(wěn)定性，開發(fā)特殊的連續(xù)生產(chǎn)技術(shù),，大大減少停車次數(shù),，極大提高生產(chǎn)效率。

上海石化研發(fā)生產(chǎn)的大絲束碳纖維,，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度新型纖維材料,。其力學(xué)性能優(yōu)異，比重不到鋼的四分之一,，強(qiáng)度卻是鋼的7—9倍,，并且還具有耐腐蝕的特性。

國產(chǎn)大絲束碳纖維已開始產(chǎn)業(yè)化布局

上海石化首條48K大絲束碳纖維國產(chǎn)線可實現(xiàn)規(guī)模化,、高品質(zhì)生產(chǎn),。該項目計劃于2024年全部建成投產(chǎn)，屆時將達(dá)到2.4萬噸/年原絲,、1.2萬噸/年大絲束碳纖維產(chǎn)能,。

自主研發(fā)大絲束碳纖維生產(chǎn)線投產(chǎn)，將給整個碳纖維市場帶來哪些影響,？專家分析,，首先隨著碳纖維國產(chǎn)化的不斷推進(jìn)，對市場最大的影響是進(jìn)口碳纖維價格的下降,。

數(shù)據(jù)顯示,，隨著國內(nèi)碳纖維國產(chǎn)化的推進(jìn)，進(jìn)口碳纖維價格預(yù)計將從最高每噸4.5萬美元降至每噸1萬美元左右,，這對于全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用來說是一個利好消息,。

數(shù)據(jù)顯示，2021年全球碳纖維需求量約為11.8萬噸,，其中大絲束碳纖維需求量為51400噸,，占比約43.5%。2021年我國碳纖維需求量達(dá)到6.24萬噸,，較2020年增加27.7%,，占全球碳纖維需求量的53%。專家表示,，碳纖維在新能源,、風(fēng)電、光伏,、汽車,、體育用品等下游市場的應(yīng)用需求將逐漸爆發(fā), 滲透率不斷提升。

業(yè)內(nèi)專家稱,，中國碳纖維行業(yè)正處于快速發(fā)展階段,，根據(jù)目前各企業(yè)已宣布的投資擴(kuò)產(chǎn)計劃，如果所有建設(shè)項目可以順利投產(chǎn)落地,，“十四五”末期,，中國新增碳纖維產(chǎn)能將達(dá)21萬噸以上,，其中新增大絲束碳纖維產(chǎn)能達(dá)17.6萬噸,，中國大絲束產(chǎn)能擴(kuò)張時代將隨之開啟。

科技日報記者了解到,，中國石化實現(xiàn)大絲束碳纖維量產(chǎn)之后,，已經(jīng)開始尋求和新能源汽車企業(yè)的合作,，通過使用輕量化的碳纖維零部件,，增加新能源汽車的續(xù)航里程。

“我們和蔚來有框架合作協(xié)議,，和比亞迪也有合作,。我們在做汽車輕量化的工作，已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化布局,?！敝袊紫瘜＜仪f毅說。

中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會秘書長孟弋潔表示,，2030年,，我國大絲束碳纖維產(chǎn)值應(yīng)該能達(dá)到500億元量級，將帶動千億級的復(fù)合材料市場規(guī)模,。

除了大絲束碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn),，中國石化也正大力推進(jìn)碳纖維復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用。中國石化有關(guān)負(fù)責(zé)人表示,，在未來的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展中,，中國石化將在科研方面繼續(xù)加大投入，產(chǎn)業(yè)方面加快布局,，機(jī)制體制方面深化創(chuàng)新,，應(yīng)用場景全面推廣，同時,，堅持走自己的道路,，做自己的特色產(chǎn)品。在“十四五”末,，中國石化將在多種工藝流程實現(xiàn)通用級,、大絲束、小絲束,、高性能等產(chǎn)品的全面突破，進(jìn)行總體布局,，滿足國家各個領(lǐng)域的需求,，為引領(lǐng)和推動中國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。