◎本報記者 操秀英

　　大絲(si) 束碳纖維的每一根絲(si) 束都有4.8萬(wan) 根纖維，每一根纖維的直徑隻有頭發絲(si) 直徑的1/7到1/8。上海石化研發生產(chan) 的大絲(si) 束碳纖維，是一種含碳量在95%以上的高強度新型纖維材料。其力學性能優(you) 異，比重不到鋼的四分之一，強度卻是鋼的7—9倍，並且還具有耐腐蝕的特性。

　　碳纖維是新一代增強纖維，被稱為(wei) “新材料之王”“黑黃金”，可廣泛應用於(yu) 航空航天、能源裝備、交通運輸、體(ti) 育休閑等領域。按絲(si) 束規格的不同，可以將其分為(wei) 小絲(si) 束碳纖維和大絲(si) 束碳纖維。長期以來，我國主要在小絲(si) 束碳纖維方麵實現了突破。隨著我國首個(ge) 萬(wan) 噸級48K大絲(si) 束碳纖維工程第一套國產(chan) 線在中國石化上海石化碳纖維產(chan) 業(ye) 基地投料開車，並生產(chan) 出性能媲美國外同級別產(chan) 品的合格產(chan) 品，我國大絲(si) 束碳纖維也從(cong) 關(guan) 鍵技術突破、工業(ye) 試生產(chan) 、產(chan) 業(ye) 化，成功走向規模化和關(guan) 鍵裝備國產(chan) 化，一舉(ju) 破除了我國碳纖維生產(chan) 和裝備受製於(yu) 人的被動局麵。

　　發展“大絲(si) 束”可降低碳纖維成本

　　眾(zhong) 所周知，碳纖維是新能源、節能環保、高端裝備製造、新能源汽車等戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) 發展的基礎，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、船舶等裝備研製和更新換代的重要基礎。

　　在業(ye) 內(nei) ，通常將每束碳纖維根數大於(yu) 4.8萬(wan) 根（簡稱48K）的稱為(wei) 大絲(si) 束碳纖維。

　　“它每一根絲(si) 束都有4.8萬(wan) 根纖維，每一根纖維的直徑隻有頭發絲(si) 直徑的1/7到1/8。我們(men) 把碳纖維從(cong) 特製的像花灑一樣的紡絲(si) 噴頭中噴出、擠出後，再對其進行像拉麵條一樣的牽伸就形成了大絲(si) 束碳纖維原絲(si) 。”中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）碳纖維事業(ye) 部副總經理李鵬介紹。

　　目前，國內(nei) 每束碳纖維基本處於(yu) 1000根至1.2萬(wan) 根之間，這樣的碳纖維被稱為(wei) 小絲(si) 束碳纖維。但是由於(yu) 小絲(si) 束碳纖維成本高，影響了下遊企業(ye) 應用碳纖維的積極性。

　　“我們(men) 發現如果要推廣碳纖維實現工業(ye) 化的應用，一定要發展‘大絲(si) 束’。”上海石化副總經理黃翔宇強調，我們(men) 在開發過程中發現48K大絲(si) 束碳纖維的優(you) 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(chan) 能力，如果控製得好，它的質量性能也能得到保證，這樣就能夠實現低成本，從(cong) 而打破了碳纖維高昂價(jia) 格帶來的應用局限。

　　用“中國技術”生產(chan) 性能優(you) 異的碳纖維

　　碳纖維技術有著森嚴(yan) 的技術壁壘，此前大絲(si) 束碳纖維生產(chan) 技術主要掌握在美國、德國、日本的幾家大公司手中。中國石油化工集團有限公司（以下簡稱中國石化）是國內(nei) 第一家、全球第四家掌握大絲(si) 束碳纖維技術的企業(ye) 。

　　大絲(si) 束碳纖維研發難在哪？上海石化相關(guan) 技術負責人介紹，主要難點包括大絲(si) 束碳纖維製備過程中氧化反應放熱的有效控製、一束絲(si) 4.8萬(wan) 根碳纖維的紡絲(si) 均勻穩定性控製，以及生產(chan) 線連續運行周期和穩定性。

　　黃翔宇介紹，為(wei) 了在大絲(si) 束碳纖維製備中真正用上“中國技術”，上海石化從(cong) 裝備到工藝，為(wei) 大絲(si) 束碳纖維量身定製了專(zhuan) 用生產(chan) 線，如根據大絲(si) 束碳纖維的生產(chan) 要求自行設計氧化爐、碳化爐，不僅(jin) 成功掌握了控製溫度場的關(guan) 鍵技術，而且進行了節能型設計，可實現能源綜合利用。

　　此外，上海石化采用聚合物分子鏈結構調控技術獲得良好熱性能原絲(si) ，係統研究紡絲(si) 原液流變性能保證原絲(si) 質量穩定性，開發特殊的連續生產(chan) 技術，大大減少停車次數，極大提高生產(chan) 效率。

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

　　國產(chan) 大絲(si) 束碳纖維已開始產(chan) 業(ye) 化布局

　　上海石化首條48K大絲(si) 束碳纖維國產(chan) 線可實現規模化、高品質生產(chan) 。該項目計劃於(yu) 2024年全部建成投產(chan) ，屆時將達到2.4萬(wan) 噸/年原絲(si) 、1.2萬(wan) 噸/年大絲(si) 束碳纖維產(chan) 能。

　　自主研發大絲(si) 束碳纖維生產(chan) 線投產(chan) ，將給整個(ge) 碳纖維市場帶來哪些影響？專(zhuan) 家分析，首先隨著碳纖維國產(chan) 化的不斷推進，對市場最大的影響是進口碳纖維價(jia) 格的下降。

　　數據顯示，隨著國內(nei) 碳纖維國產(chan) 化的推進，進口碳纖維價(jia) 格預計將從(cong) 最高每噸4.5萬(wan) 美元降至每噸1萬(wan) 美元左右，這對於(yu) 全產(chan) 業(ye) 鏈應用來說是一個(ge) 利好消息。

　　數據顯示，2021年全球碳纖維需求量約為(wei) 11.8萬(wan) 噸，其中大絲(si) 束碳纖維需求量為(wei) 51400噸，占比約43.5%。2021年我國碳纖維需求量達到6.24萬(wan) 噸，較2020年增加27.7%，占全球碳纖維需求量的53%。專(zhuan) 家表示，碳纖維在新能源、風電、光伏、汽車、體(ti) 育用品等下遊市場的應用需求將逐漸爆發, 滲透率不斷提升。

　　業(ye) 內(nei) 專(zhuan) 家稱，中國碳纖維行業(ye) 正處於(yu) 快速發展階段，根據目前各企業(ye) 已宣布的投資擴產(chan) 計劃，如果所有建設項目可以順利投產(chan) 落地，“十四五”末期，中國新增碳纖維產(chan) 能將達21萬(wan) 噸以上，其中新增大絲(si) 束碳纖維產(chan) 能達17.6萬(wan) 噸，中國大絲(si) 束產(chan) 能擴張時代將隨之開啟。

　　科技日報記者了解到，中國石化實現大絲(si) 束碳纖維量產(chan) 之後，已經開始尋求和新能源汽車企業(ye) 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航裏程。

　　“我們(men) 和蔚來有框架合作協議，和比亞(ya) 迪也有合作。我們(men) 在做汽車輕量化的工作，已經進入了產(chan) 業(ye) 化布局。”中國石化首席專(zhuan) 家莊毅說。

　　中國複合材料工業(ye) 協會(hui) 秘書(shu) 長孟弋潔表示，2030年，我國大絲(si) 束碳纖維產(chan) 值應該能達到500億(yi) 元量級，將帶動千億(yi) 級的複合材料市場規模。

　　除了大絲(si) 束碳纖維的研發和生產(chan) ，中國石化也正大力推進碳纖維複合材料的研發和應用。中國石化有關(guan) 負責人表示，在未來的碳纖維產(chan) 業(ye) 發展中，中國石化將在科研方麵繼續加大投入，產(chan) 業(ye) 方麵加快布局，機製體(ti) 製方麵深化創新，應用場景全麵推廣，同時，堅持走自己的道路，做自己的特色產(chan) 品。在“十四五”末，中國石化將在多種工藝流程實現通用級、大絲(si) 束、小絲(si) 束、高性能等產(chan) 品的全麵突破，進行總體(ti) 布局，滿足國家各個(ge) 領域的需求，為(wei) 引領和推動中國碳纖維產(chan) 業(ye) 發展作出貢獻。

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　　全球碳纖維需求量持續增長

　　根據賽奧碳纖維《2016—2021全球碳纖維複合材料市場報告》，從(cong) 全球的維度來看，碳纖維需求量從(cong) 2016年的7.65萬(wan) 噸增至2021年的11.8萬(wan) 噸，複合年均增長率（CAGR）為(wei) 9.02%，2021年同比增速從(cong) 2020年的3.05%提升至10.42%，2025年預計全球需求量達20萬(wan) 噸。從(cong) 國內(nei) 的維度來看，碳纖維需求量從(cong) 2016年的1.96萬(wan) 噸增至2021年的6.24萬(wan) 噸，CAGR為(wei) 26.06%，2021年的同比增速高達27.69%，2025年預計國內(nei) 需求量為(wei) 15.93萬(wan) 噸。從(cong) 應用領域來看，2021年全球和國內(nei) 碳纖維的主要應用領域均是風電葉片。2021年全球碳纖維需求量占比前三的領域分別是風電葉片（27.97%）、體(ti) 育休閑（15.68%）和航空航天（13.98%）；而國內(nei) 占比前三的領域分別是風電葉片（36.07%）、體(ti) 育休閑（28.05%）和碳/碳複材（11.22%）。風電葉片、體(ti) 育休閑、航空航天、碳/碳複材等領域的需求占據了碳纖維市場需求的主要部分。