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在10多年的時間里，中國石化從零起步，從一根根碳纖維做起，逐步攻克小絲束、大絲束工藝，沿著產(chǎn)業(yè)鏈不斷向高端攀登，不僅打破了國外的鉗制，還在相關領域破解了多項世界難題。

吉林通榆風場，一座葉輪直徑270米、高度達90層樓的風電機組巍然聳立，直徑達131米的全球最長陸上風電葉片正在進行掛機試驗。其掃風面積相當于8個標準足球場，年發(fā)電量可滿足16萬個家庭全年用電需求。

按照行業(yè)傳統(tǒng)觀念，葉片由玻璃纖維材質(zhì)制作，長度受剛性限制，超過120米就會有變形、斷裂風險?？纱舜螁胃~片的長度達到了131米，下線之時就刷新了陸上風電葉片尺寸的世界紀錄，突破的關鍵在哪里？原來，該風電葉片采用中國石化上海石化碳纖維基地生產(chǎn)的48K大絲束碳纖維風電專用料，以其超強剛性打破了葉片長度的極限，不僅不會變形，并且同等體積葉片要比傳統(tǒng)材質(zhì)輕10噸。

緩緩轉(zhuǎn)動的葉輪宛若衣袂飄飄，輕盈靈動。誰曾想，僅在10多年前，我國在此領域還是空白。也正是在這10多年的時間里，中國石化從零起步，從一根根碳纖維做起，逐步攻克小絲束、大絲束工藝，沿著產(chǎn)業(yè)鏈不斷向高端攀登，不僅打破了國外的鉗制，還在相關領域破解了多項世界難題。

持續(xù)突破

走進上海石化碳纖維展示館，首先映入眼簾的是墻上張貼著的數(shù)百張專利證書，震撼感撲面而來。

“經(jīng)過十幾年如一日苦練內(nèi)功，截至2024年底，中國石化已累計擁有碳纖維相關專利265項、碳纖維復合材料專利140項，專利申請數(shù)排名全國第一、全球第三。”上海石化科技部副總經(jīng)理王麗麗對公司專利情況如數(shù)家珍，“僅2024年，我們就申請了碳纖維專利24件、碳纖維復合材料專利41件?！?/p>

一項項專利清晰地勾畫出碳纖維產(chǎn)業(yè)迭代升級的發(fā)展軌跡。

“大家還記得北京2022年冬奧會、冬殘奧會的火炬嗎，以其‘輕、固、美’的獨特魅力贏得世界矚目?！蓖觖慃惤榻B說，“這就是用中石化生產(chǎn)的小絲束碳纖維制造的，并且我們通過碳纖維火炬制造，破解了碳纖維復合材料火炬外殼在1000℃高溫制備過程中起泡、開裂等世界難題?！?/p>

小絲束研發(fā)成功后，由碳纖維和樹脂融合的復合材料進入更多新材料應用領域。以往油田企業(yè)的抽油桿，是用幾十米長的金屬桿一根根連接起來，形成數(shù)千米長的抽油桿，不僅耗時耗力，而且金屬材料容易腐蝕，影響生產(chǎn)?！捌髽I(yè)如今采用拉擠工藝制造的碳纖維抽油桿，油田有多深，桿就可以生產(chǎn)多長，無縫推進到油田最深處，一舉達到世界領先水平?！蓖觖慃愓f。

隨著國家“雙碳”目標的提出，后續(xù)攻克的大絲束碳纖維，打開了更廣闊的應用場景。上海石化通過攻關形成大絲束拉擠技術，有效解決大絲束樹脂浸潤難度大的關鍵問題，制備出不同直徑、不同形狀的大絲束碳纖維型材系列產(chǎn)品。

“采用大絲束碳纖維筋開發(fā)的碳纖維吊桿，成功應用于377米長的青島?？诼房顼L河大橋，成為我國首個應用大絲束碳纖維索錨體系的橋梁工程?！鄙虾Ｊ瘎?chuàng)新研究院總經(jīng)理沈偉不無驕傲地介紹。

打通關卡

攻關并非一蹴而就。

攻關項目技術負責人、上海石化副總經(jīng)理黃翔宇介紹，業(yè)內(nèi)將碳纖維分為小絲束和大絲束。48K（一束絲由4.8萬根單絲組成）以內(nèi)的叫小絲束，48K及以上的稱之為大絲束。從最基礎的碳纖維做起，已是不易，想要發(fā)揮出新材料的功效，形成絲束的路上每個關卡都是考驗。

2007年，中國石化作為“國家隊”站了出來，決策部署PAN（聚丙烯腈）基碳纖維的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化攻關工作，建設項目落到了上海石化。上海石化以“為解決全國人民穿衣難問題”起家，其腈綸產(chǎn)業(yè)曾經(jīng)占據(jù)全國半壁江山，有著獨特的腈綸生產(chǎn)工藝和技術。

上海石化與數(shù)十家科研院所、高校、企業(yè)等一起協(xié)同攻關，走出一條以企業(yè)為主體的“產(chǎn)、學、研、用”相結合的創(chuàng)新之路。

“為少走彎路，我們制定了‘三不’原則，即不摸黑前行、不無謂模仿、不盲目試錯?！秉S翔宇說，正是靠著一步一個腳印，攻關團隊逐步取得技術的積累，2009年3月成功研制出12K原絲。2012年9月，上海石化采用自行開發(fā)的國內(nèi)獨有的工藝，以及具有自主知識產(chǎn)權的成套技術，實現(xiàn)了500噸/年小絲束碳纖維裝置投產(chǎn)。

萬里長征跨出了第一步。如果說小絲束碳纖維技術難，那么大絲束碳纖維技術更是難上加難。絲束數(shù)量成倍增加，不僅原絲質(zhì)量難以保障，而且氧化、碳化過程質(zhì)量難以把控。

2018年3月8日，大線束碳纖維試生產(chǎn)迎來激動人心的時刻。原料經(jīng)過聚合、紡絲、牽伸，形成潔白的原絲，再先后進入氧化爐、碳化爐經(jīng)受800℃、1000℃等連續(xù)高溫“烤驗”，然后化身為黑亮的碳纖維——12K小絲束碳纖維裝置上誕生了國內(nèi)真正意義上的48K大絲束碳纖維，并且技術達到國際先進水平，創(chuàng)造了我國碳纖維制造史上的新紀錄。

關鍵一躍

走進大絲束碳纖維生產(chǎn)基地，只見原絲工廠生產(chǎn)線上一股股原絲如小白龍似地飛快游走，到終點后自動裝箱，然后自動輸送到碳纖維生產(chǎn)線，自動上位，經(jīng)過氧化爐、碳化爐氧化碳化，再經(jīng)表面處理、上漿、烘干、卷繞，自動分樣，打包輸送。

一切宛如行云流水，令人目不暇接。上海石化碳纖維事業(yè)部總經(jīng)理李鵬自豪地說：“整個過程，全部采用自主開發(fā)的DCS控制技術和智能化輸送、存儲、包裝系統(tǒng)?！?/p>

時光回到2018年3月，工藝技術突破了，生產(chǎn)裝備怎么辦？如果全套引進，關鍵核心技術始終會被卡著脖子！攻關團隊下定決心，并提出奮斗目標：不僅大絲束碳纖維關鍵裝備要實施國產(chǎn)化，而且生產(chǎn)過程要實現(xiàn)智能化。

國內(nèi)制造企業(yè)紛紛請纓，協(xié)同攻堅。黃翔宇介紹，當時，圍繞造什么樣的裝備，各企業(yè)獻計獻策、深入研討，最終形成“正向設計”思維，即根據(jù)上海石化大絲束的特點設計氧化爐、碳化爐，把溫度差控制好，這是一道非常關鍵的工藝。此外，在設計爐子的時候充分考慮能源綜合利用，這在國內(nèi)引進裝備中是沒有的。

萬事俱備。2021年1月4日，作為上海市重大工程項目的上海石化48K大絲束碳纖維項目開工建設。2022年10月，我國首條萬噸級48K大絲束碳纖維全國產(chǎn)化生產(chǎn)線投產(chǎn)。上海石化一躍成為國內(nèi)第一家、全球第四家掌握大絲束碳纖維生產(chǎn)技術的企業(yè)。目前，大絲束碳纖維生產(chǎn)能力達6000噸/年。

“圍繞新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，我們已經(jīng)超前做好了5年到10年的碳纖維產(chǎn)業(yè)布局，正加快推進‘大絲束+小絲束’‘高性能+通用級’碳纖維產(chǎn)品系全覆蓋?！秉S翔宇說。