快上車！大灣區(qū)最快的車用上了中石化碳纖維！
來源： 發(fā)布時間：2022-02-14 分享：
廣州地鐵18號線“灣區(qū)藍(lán)”高速列車
擔(dān)任運(yùn)營任務(wù)的“灣區(qū)藍(lán)”列車輕質(zhì)高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的地鐵列車中國石化和中國中車開展協(xié)同創(chuàng)新攻克了碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用關(guān)鍵核心技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)了此次碳纖維復(fù)合材料在“灣區(qū)藍(lán)”列車上的成功應(yīng)用
中國石化和中國中車的研發(fā)團(tuán)隊(duì)碳纖維復(fù)合材料技術(shù)攻關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展開辟更廣闊的領(lǐng)域
以碳纖維復(fù)合材料制作奧運(yùn)火炬外殼能夠?qū)崿F(xiàn)在高于800攝氏度的氫氣
碳纖維技術(shù)有著森嚴(yán)的技術(shù)壁壘是國內(nèi)較早研發(fā)碳纖維并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)該公司采用自主研發(fā)的碳纖維成套技術(shù)中國石化擁有自主知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)的
在碳纖維行業(yè)內(nèi)，通常將每束碳纖維根數(shù)大于48000根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維。目前，國內(nèi)每束碳纖維基本處于1000根～12000根之間，稱為小絲束。48K大絲束最大的優(yōu)勢，就是在相同的生產(chǎn)條件下，可大幅度提高碳纖維單線產(chǎn)能和質(zhì)量性能，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)低成本化，從而打破碳纖維高昂價(jià)格帶來的應(yīng)用局限。數(shù)量從1.2萬個放大到4.8萬個這么簡單，中間要走過一條十分艱難的攻關(guān)之路，這需要深厚的科研理論作指導(dǎo)，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作支撐，才能解決很多關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)，而上海石化經(jīng)過10年磨一劍，創(chuàng)造了這一條件。可以說，從12K到48K的成功突破，標(biāo)志著上海石化碳纖維技術(shù)從量變到質(zhì)變的飛躍，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，而且達(dá)到了國際先進(jìn)水平。碳纖維和我們?nèi)粘４鞯目谡帧巴谕础保鼈兌际莾|萬年前深埋在巖石地層里的、一坨黑乎乎的——石油！以最主流的PAN基碳纖維為例，從億萬年前形成的原油到2022北京冬奧會“飛揚(yáng)”的制備流程十分漫長，是一次漫長的“飛揚(yáng)”之旅。被石油工人開采出來的石油進(jìn)入煉廠之后，經(jīng)過常減壓裝置蒸餾處理，可以從中提取石腦油等組分。接下來將石腦油送到乙烯裝置，在溫度700~900攝氏度的乙烯裂解爐中，將其裂解成丙烯。當(dāng)丙烯與氨、氧氣走到一起，在催化劑的推波助瀾之下，發(fā)生了丙烯氨氧化反應(yīng)，得到了碳纖維的原料——丙烯腈。丙烯腈單體經(jīng)過聚合反應(yīng)，不斷連接在一起，形成了具有螺旋結(jié)構(gòu)的聚丙烯腈大分子長鏈，這些長鏈卷曲纏繞在一起，形成了聚合物聚丙烯腈。聚丙烯腈不溶于水，需要加入特殊溶劑，纏結(jié)在一起的大分子鏈才能變成流動的紡絲液體。通過機(jī)械剪切和管道輸送，大分子逐漸有序排列，紡絲液從類似于淋浴花灑一樣的噴絲板的噴絲孔里高速擠出，在特制的溶液中凝固成型。經(jīng)過一系列的機(jī)械拉伸，形成致密規(guī)整的白色原絲。白色原絲經(jīng)過氧化、高低溫碳化等連續(xù)工藝，就像生面團(tuán)烤制面餅，顏色從白變黃，再從黃變黑，纖維也越變越細(xì)，最終形成“黑黃金”碳纖維。碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域：在當(dāng)今世界高速工業(yè)化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化，憑借著輕而強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好及設(shè)計(jì)性好、可大面積整體成型等優(yōu)異性能，碳纖維已在航空航天、國防軍工和民用工業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。作為國內(nèi)第一家率先突破48K大絲束碳纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的企業(yè)，自上海石化碳纖維問世后，在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，對“中國制造”產(chǎn)生積極的推動作用。碳纖維抽油桿應(yīng)用于采油產(chǎn)業(yè)。在2019年9月舉辦的第21屆中國國際工業(yè)博覽會上，由上海石化、勝利油田、勝利油田新大管業(yè)3家共同申報(bào)的“以碳纖維及其連續(xù)抽油桿研制為核心的新型高效機(jī)采系統(tǒng)”，獲工博會首次設(shè)立的中國國際工業(yè)博覽會大獎，成為一個以開發(fā)、應(yīng)用碳纖維新材料提升傳統(tǒng)采油產(chǎn)業(yè)的成功案例。目前，該系統(tǒng)在勝利油田進(jìn)行應(yīng)用，性能優(yōu)良，與國外碳纖維水平相當(dāng)，完全可以取代進(jìn)口。目前，已在國內(nèi)五大油田94個區(qū)塊545口井進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了直接經(jīng)濟(jì)效益2.45億元。碳纖維耐磨制件應(yīng)用于腈綸紡絲機(jī)械設(shè)備。2019年2月，由上海石化研制開發(fā)的碳纖維耐磨片被應(yīng)用到腈綸紡絲機(jī)械設(shè)備上，這是碳纖維復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域的又一成功應(yīng)用，打破了耐磨制件長期依賴進(jìn)口的被動局面。工業(yè)機(jī)械設(shè)備長期以來采用進(jìn)口材質(zhì)制件，但磨損快、使用周期短等問題始終無法有效解決。上海石化工業(yè)用耐磨片以碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮（PEEK）樹脂復(fù)合材料為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)造粒技術(shù)和擠出成型工藝加工制成，具有耐磨耐熱、抗腐蝕和自潤滑等優(yōu)異性能，使用壽命可延長3～4倍，有效提高了生產(chǎn)連續(xù)性，保證了腈綸絲束質(zhì)量。碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用于公路、立交橋、高鐵、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施維修加固工程。近年來，上海石化與哈爾濱工業(yè)大學(xué)等院校在碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域攜手攻關(guān)，目前，碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公路、立交橋、高鐵、隧道等存在病險(xiǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施維修工程。在莫桑比克N6公路、天津津?yàn)I高速立交橋、沈陽至丹東鐵路線、遼寧蓡窩水庫等病險(xiǎn)基礎(chǔ)設(shè)施維修工程中，采用碳纖維拉擠板材加固，不僅施工高效便捷，而且結(jié)構(gòu)承載力明顯增強(qiáng)。同時，在加固修補(bǔ)液相丙烯、抽余碳四、火炬氣、甲烷氫、氮?dú)狻⑽鬯仁褪艿馈⒏吒g設(shè)備、化工車間受腐蝕建筑等方面應(yīng)用效果良好，形成了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，具有良好的示范作用。碳纖維鋼筋替代傳統(tǒng)工程材料。2019年，一種可替代鋼筋的新型結(jié)構(gòu)材料碳纖維筋成功問世，碳纖維筋是采用了特殊拉擠工藝，將碳纖維與樹脂結(jié)合，制成形似鋼筋的一種新材料，具有強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。權(quán)威部門測試鑒定結(jié)果表明，制品的抗拉強(qiáng)度、彈性模量等關(guān)鍵指標(biāo)均優(yōu)于國家相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。由上海石化與中建八局、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位合作開發(fā)的碳纖維筋，不但能降低構(gòu)筑物自重，而且大幅增強(qiáng)了混凝土筋結(jié)構(gòu)的耐海洋腐蝕性、耐水泥堿性等，能有效提高建筑物的耐久性能，降低維護(hù)成本，延長使用期限。碳纖維筋突破應(yīng)用局限替代傳統(tǒng)工程材料，表明上海石化碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用在國內(nèi)土木工程領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平。打造人才高低，上海石化碳纖維的“硅谷” ：2020年8月28日，上海石化先進(jìn)材料創(chuàng)新研究院揭牌成立。這是上海石化在科技創(chuàng)新上推出的重要舉措，他們集中力量開展關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，推進(jìn)中高端新材料產(chǎn)業(yè)企地融合發(fā)展。科研工作，最重要的是人才。目前，創(chuàng)新研究院通過內(nèi)外部結(jié)合招聘，64人中，博士8人、碩士21人、本科21人，成為上海石化名副其實(shí)的“硅谷”。 同時，該院與上海碳纖維復(fù)合材料創(chuàng)新研究院、陶氏化學(xué)、華東理工大學(xué)、東華大學(xué)等高新企業(yè)、高校院所開展各項(xiàng)技術(shù)交流，共建合作推動高質(zhì)量發(fā)展。目前，上海石化正著力打造中高端新材料產(chǎn)業(yè)集群，接下來，上海石化將著力開展核心技術(shù)研究，努力形成碳纖維工程化成套技術(shù)；努力打造以碳纖維產(chǎn)業(yè)為核心，以聚酯、聚烯烴、彈性體、碳五下游精細(xì)化工新材料產(chǎn)業(yè)為延伸的中高端新材料產(chǎn)業(yè)集群；利用研發(fā)制造碳纖維復(fù)合材料火炬外殼的契機(jī)，加快推進(jìn)碳纖維及其復(fù)合材料核心技術(shù)攻關(guān)，為上海石化轉(zhuǎn)型發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展、跨越發(fā)展打造新引擎、匯聚新動能。
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