◎本報記者 操秀英

　　大絲束碳纖維的每一根絲束都有4.8萬(wàn)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纖維，被稱(chēng)為“新材料之王”“黑黃金”，可廣泛應用于航空航天、能源裝備、交通運輸、體育休閑等領(lǐng)域。按絲束規格的不同，可以將其分為小絲束碳纖維和大絲束碳纖維。長(cháng)期以來(lái)，我國主要在小絲束碳纖維方面實(shí)現了突破。隨著(zhù)我國首個(gè)萬(wàn)噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產(chǎn)線(xiàn)在中國石化上海石化碳纖維產(chǎn)業(yè)基地投料開(kāi)車(chē)，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，成功走向規模化和關(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(dòng)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、節能環(huán)保、高端裝備制造、新能源汽車(chē)等戰略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎，也是重大基礎設施建設的新型結構材料，更是大型飛機、衛星、船舶等裝備研制和更新?lián)Q代的重要基礎。

　　在業(yè)內，通常將每束碳纖維根數大于4.8萬(wàn)根（簡(jiǎn)稱(chēng)48K）的稱(chēng)為大絲束碳纖維。

　　“它每一根絲束都有4.8萬(wàn)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。”中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海石化）碳纖維事業(yè)部副總經(jīng)理李鵬介紹。

　　目前，國內每束碳纖維基本處于1000根至1.2萬(wàn)根之間，這樣的碳纖維被稱(chēng)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)應用碳纖維的積極性。

　　“我們發(fā)現如果要推廣碳纖維實(shí)現工業(yè)化的應用，一定要發(fā)展‘大絲束’。”上海石化副總經(jīng)理黃翔宇強調，我們在開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現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(xiàn)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，這樣就能夠實(shí)現低成本，從而打破了碳纖維高昂價(jià)格帶來(lái)的應用局限。

　　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(zhù)森嚴的技術(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。中國石油化工集團有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國石化）是國內第一家、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)負責人介紹，主要難點(diǎn)包括大絲束碳纖維制備過(guò)程中氧化反應放熱的有效控制、一束絲4.8萬(wàn)根碳纖維的紡絲均勻穩定性控制，以及生產(chǎn)線(xiàn)連續運行周期和穩定性。

　　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(zhuān)用生產(chǎn)線(xiàn)，如根據大絲束碳纖維的生產(chǎn)要求自行設計氧化爐、碳化爐，不僅成功掌握了控制溫度場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，而且進(jìn)行了節能型設計，可實(shí)現能源綜合利用。

　　此外，上海石化采用聚合物分子鏈結構調控技術(shù)獲得良好熱性能原絲，系統研究紡絲原液流變性能保證原絲質(zhì)量穩定性，開(kāi)發(fā)特殊的連續生產(chǎn)技術(shù)，大大減少停車(chē)次數，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(kāi)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(xiàn)可實(shí)現規模化、高品質(zhì)生產(chǎn)。該項目計劃于2024年全部建成投產(chǎn)，屆時(shí)將達到2.4萬(wàn)噸/年原絲、1.2萬(wàn)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(xiàn)投產(chǎn)，將給整個(gè)碳纖維市場(chǎng)帶來(lái)哪些影響？專(zhuān)家分析，首先隨著(zhù)碳纖維國產(chǎn)化的不斷推進(jìn)，對市場(chǎng)最大的影響是進(jìn)口碳纖維價(jià)格的下降。

　　數據顯示，隨著(zhù)國內碳纖維國產(chǎn)化的推進(jìn)，進(jìn)口碳纖維價(jià)格預計將從最高每噸4.5萬(wàn)美元降至每噸1萬(wàn)美元左右，這對于全產(chǎn)業(yè)鏈應用來(lái)說(shuō)是一個(gè)利好消息。

　　數據顯示，2021年全球碳纖維需求量約為11.8萬(wàn)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到6.24萬(wàn)噸，較2020年增加27.7%，占全球碳纖維需求量的53%。專(zhuān)家表示，碳纖維在新能源、風(fēng)電、光伏、汽車(chē)、體育用品等下游市場(chǎng)的應用需求將逐漸爆發(fā), 滲透率不斷提升。

　　業(yè)內專(zhuān)家稱(chēng)，中國碳纖維行業(yè)正處于快速發(fā)展階段，根據目前各企業(yè)已宣布的投資擴產(chǎn)計劃，如果所有建設項目可以順利投產(chǎn)落地，“十四五”末期，中國新增碳纖維產(chǎn)能將達21萬(wàn)噸以上，其中新增大絲束碳纖維產(chǎn)能達17.6萬(wàn)噸，中國大絲束產(chǎn)能擴張時(shí)代將隨之開(kāi)啟。

　　科技日報記者了解到，中國石化實(shí)現大絲束碳纖維量產(chǎn)之后，已經(jīng)開(kāi)始尋求和新能源汽車(chē)企業(yè)的合作，通過(guò)使用輕量化的碳纖維零部件，增加新能源汽車(chē)的續航里程。

　　“我們和蔚來(lái)有框架合作協(xié)議，和比亞迪也有合作。我們在做汽車(chē)輕量化的工作，已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化布局。”中國石化首席專(zhuān)家莊毅說(shuō)。

　　中國復合材料工業(yè)協(xié)會(huì )秘書(shū)長(cháng)孟弋潔表示，2030年，我國大絲束碳纖維產(chǎn)值應該能達到500億元量級，將帶動(dòng)千億級的復合材料市場(chǎng)規模。

　　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)碳纖維復合材料的研發(fā)和應用。中國石化有關(guān)負責人表示，在未來(lái)的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，中國石化將在科研方面繼續加大投入，產(chǎn)業(yè)方面加快布局，機制體制方面深化創(chuàng )新，應用場(chǎng)景全面推廣，同時(shí)，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(shí)現通用級、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(mǎn)足國家各個(gè)領(lǐng)域的需求，為引領(lǐng)和推動(dòng)中國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻。

　　延伸閱讀

　　全球碳纖維需求量持續增長(cháng)

　　根據賽奧碳纖維《2016—2021全球碳纖維復合材料市場(chǎng)報告》，從全球的維度來(lái)看，碳纖維需求量從2016年的7.65萬(wàn)噸增至2021年的11.8萬(wàn)噸，復合年均增長(cháng)率（CAGR）為9.02%，2021年同比增速從2020年的3.05%提升至10.42%，2025年預計全球需求量達20萬(wàn)噸。從國內的維度來(lái)看，碳纖維需求量從2016年的1.96萬(wàn)噸增至2021年的6.24萬(wàn)噸，CAGR為26.06%，2021年的同比增速高達27.69%，2025年預計國內需求量為15.93萬(wàn)噸。從應用領(lǐng)域來(lái)看，2021年全球和國內碳纖維的主要應用領(lǐng)域均是風(fēng)電葉片。2021年全球碳纖維需求量占比前三的領(lǐng)域分別是風(fēng)電葉片（27.97%）、體育休閑（15.68%）和航空航天（13.98%）；而國內占比前三的領(lǐng)域分別是風(fēng)電葉片（36.07%）、體育休閑（28.05%）和碳/碳復材（11.22%）。風(fēng)電葉片、體育休閑、航空航天、碳/碳復材等領(lǐng)域的需求占據了碳纖維市場(chǎng)需求的主要部分。