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　　发展“大丝束”可降低碳纤维成本

　　众所周知，碳纤维是新能源、节能环保、高端装备制造、新能源汽车等战略性新兴产业发展的基础，也是重大基础设施建设的新型结构材料，更是大型飞机、卫星、船舶等装备研制和更新换代的重要基础。

　　在业内，通常将每束碳纤维根数大于4.8万根(简称48K)的称为大丝束碳纤维。

　　“它每一根丝束都有4.8万根纤维，每一根纤维的直径只有头发丝直径的1/7到1/8。我们把碳纤维从特制的像花洒一样的纺丝喷头中喷出、挤出后，再对其进行像拉面条一样的牵伸就形成了大丝束碳纤维原丝。”中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)碳纤维事业部副总经理李鹏介绍。

　　目前，国内每束碳纤维基本处于1000根至1.2万根之间，这样的碳纤维被称为小丝束碳纤维。但是由于小丝束碳纤维成本高，影响了下游企业应用碳纤维的积极性。

　　“我们发现如果要推广碳纤维实现工业化的应用，一定要发展‘大丝束’。”上海石化副总经理黄翔宇强调，我们在开发过程中发现48K大丝束碳纤维的优势是在相同的工艺条件下，能够大幅度地提高碳纤维的单线的生产能力，如果控制得好，它的质量性能也能得到保证，这样就能够实现低成本，从而打破了碳纤维高昂价格带来的应用局限。

　　用“中国技术”生产性能优异的碳纤维

　　碳纤维技术有着森严的技术壁垒，此前大丝束碳纤维生产技术主要掌握在美国、德国、日本的几家大公司手中。中国石油化工集团有限公司(以下简称中国石化)是国内第一家、全球第四家掌握大丝束碳纤维技术的企业。

　　大丝束碳纤维研发难在哪?上海石化相关技术负责人介绍，主要难点包括大丝束碳纤维制备过程中氧化反应放热的有效控制、一束丝4.8万根碳纤维的纺丝均匀稳定性控制，以及生产线连续运行周期和稳定性。

　　黄翔宇介绍，为了在大丝束碳纤维制备中真正用上“中国技术”，上海石化从装备到工艺，为大丝束碳纤维量身定制了专用生产线，如根据大丝束碳纤维的生产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技术，而且进行了节能型设计，可实现能源综合利用。

　　此外，上海石化采用聚合物分子链结构调控技术获得良好热性能原丝，系统研究纺丝原液流变性能保证原丝质量稳定性，开发特殊的连续生产技术，大大减少停车次数，极大提高生产效率。

　　上海石化研发生产的大丝束碳纤维，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—9倍，并且还具有耐腐蚀的特性。

　　国产大丝束碳纤维已开始产业化布局

　　上海石化首条48K大丝束碳纤维国产线可实现规模化、高品质生产。该项目计划于2024年全部建成投产，届时将达到2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。

　　自主研发大丝束碳纤维生产线投产，将给整个碳纤维市场带来哪些影响?专家分析，首先随着碳纤维国产化的不断推进，对市场最大的影响是进口碳纤维价格的下降。

　　数据显示，随着国内碳纤维国产化的推进，进口碳纤维价格预计将从最高每吨4.5万美元降至每吨1万美元左右，这对于全产业链应用来说是一个利好消息。

　　数据显示，2021年全球碳纤维需求量约为11.8万吨，其中大丝束碳纤维需求量为51400吨，占比约43.5%。2021年我国碳纤维需求量达到6.24万吨，较2020年增加27.7%，占全球碳纤维需求量的53%。专家表示，碳纤维在新能源、风电、光伏、汽车、体育用品等下游市场的应用需求将逐渐爆发, 渗透率不断提升。

　　业内专家称，中国碳纤维行业正处于快速发展阶段，根据目前各企业已宣布的投资扩产计划，如果所有建设项目可以顺利投产落地，“十四五”末期，中国新增碳纤维产能将达21万吨以上，其中新增大丝束碳纤维产能达17.6万吨，中国大丝束产能扩张时代将随之开启。

　　科技日报记者了解到，中国石化实现大丝束碳纤维量产之后，已经开始寻求和新能源汽车企业的合作，通过使用轻量化的碳纤维零部件，增加新能源汽车的续航里程。

　　“我们和蔚来有框架合作协议，和比亚迪也有合作。我们在做汽车轻量化的工作，已经进入了产业化布局。”中国石化首席专家庄毅说。

　　中国复合材料工业协会秘书长孟弋洁表示，2030年，我国大丝束碳纤维产值应该能达到500亿元量级，将带动千亿级的复合材料市场规模。

　　除了大丝束碳纤维的研发和生产，中国石化也正大力推进碳纤维复合材料的研发和应用。中国石化有关负责人表示，在未来的碳纤维产业发展中，中国石化将在科研方面继续加大投入，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，同时，坚持走自己的道路，做自己的特色产品。在“十四五”末，中国石化将在多种工艺流程实现通用级、大丝束、小丝束、高性能等产品的全面突破，进行总体布局，满足国家各个领域的需求，为引领和推动中国碳纤维产业发展作出贡献。