上海石化神器碳纖維

文／ 胡擁軍

上海石化做強碳纖維及復合材料業務，推動“上海智造”，助力“中國智造”。

“自行車用一兩根手指就能抬起來，碳纖維材料真的神了?！?/p>

這種神奇的碳纖維新材料由上海石化生產。在第二屆中國國際進口博覽會上，用它制成的自行車、皮劃艇、齒輪等產品一經亮相，便引來嘖嘖贊嘆。

據上海石化相關負責人黃翔宇介紹，公司的碳纖維問世以來，短短幾年間在多個領域得到應用，改變了一些領域的傳統做法，助力“中國制造”。

性能卓越替代進口

碳纖維抽油桿，已在油田采油中大顯身手。

抽油桿長度最長可達5000米，應用上海石化碳纖維增強復合材料生產的連續抽油桿成功克服了過去抽油桿需要套桿連接、起下工作時間長，金屬桿易腐蝕、使用壽命短，運行中耗電大等缺點。目前，已在國內5大油田94個區塊545口井進行了產業化應用，實現直接經濟效益2.45億元。

這種抽油桿性能優良，同國外碳纖維水平相當，完全可以取代進口。在深抽增油、節能降耗、防腐延壽三個方向應用效果顯著，是油田采油系統革命性的技術升級，將對我國采油行業的發展和技術水平提升起到很大的推動作用。

神器不止一件。碳纖維耐磨制件同樣性能卓越，可替代進口。

2019年2月，由上海石化研制開發的碳纖維耐磨片被應用到腈綸紡絲機械設備上，并通過了設備高速轉動耐磨實驗。這是繼碳纖維齒輪問世之后，上海石化碳纖維復合材料在工業領域的又一成功應用，將打破耐磨制件長期依賴進口的被動局面。

據了解，碳纖維齒輪采用碳纖維注塑、模壓工藝，成型后具有高強度、高精度、耐高溫等特點。在上海石化腈綸南裝置進行工業化應用以來，測試數據顯示，齒輪性能優異，在綠色環保、節能減排、循環使用等方面表現出色。

據上海石化工程技術人員介紹，高速轉動的工業機械設備，對材料的耐磨性、耐熱性及抗化學腐蝕性有著極為嚴格的要求。該領域長期以來采用進口材質制件，但磨損快、使用周期短的問題始終無法有效解決。

上海石化工業用耐磨片以碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK）樹脂復合材料為基礎，采用先進造粒技術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異性能，使用壽命可增加3～4倍。耐磨片在該公司腈綸設備上應用之后，有效減少了生產過程中的絲束損傷，提高了生產連續性，保證了腈綸絲束質量。

突破局限廣泛應用

2018年底，上海石化碳纖維補強材料首次成功應用于南京機場改擴建項目，工程耗用碳纖維編織布超過一萬平方米，創造了該產品投入應用以來在單次工程項目中的最大用量。

項目建設單位在對機場航站樓改造加固工程中，針對航站樓的結構特點和改造要求，使用“碳布”對屋頂、梁、柱、樓板等次、主承力結構進行加固補強?！疤疾肌奔庸谭椒ê啽悖子诤秸緲莾炔炕炷燎妗⑹軓潣嫾葟碗s部位的施工作業，能夠縮短工期并且降低工程造價。

2019年，又一種可替代鋼筋的新型結構材料碳纖維筋成功問世。

該碳纖維筋采用特殊拉擠工藝，將碳纖維與樹脂結合，制成形似鋼筋的一種新材料，具有強度高、重量輕、耐腐蝕等優點。權威部門測試鑒定結果表明，制品的抗拉強度、彈性模量等關鍵指標均優于國家相關規范標準。

由上海石化與中建八局、哈爾濱工業大學等單位合作開發的碳纖維筋，2019年在青島某科教園工程項目中首次投用。由于該科教園緊靠黃海，用碳纖維筋替代鋼筋，不但能降低構筑物自重，還大幅增強了混凝土筋結構的耐海洋腐蝕性、耐水泥堿性等，能有效提高建筑物的耐久性能，降低維護成本，延長使用期限，為碳纖維復合材料在海洋環境下的工程應用拓展了新的空間。

碳纖維筋突破應用局限替代傳統工程材料，表明上海石化碳纖維復合材料的應用在國內土木工程領域處于領先水平。

目前，上海石化與哈爾濱工業大學等院校攜手攻克的碳纖維補強技術已被廣泛應用于公路、立交橋、高鐵、隧道等存在病險的基礎設施維修工程。在莫桑比克N6公路、天津津濱高速立交橋、沈陽至丹東鐵路線、遼寧蓡窩水庫等病險基礎設施維修工程中，采用碳纖維拉擠板材加固，不僅施工高效便捷，而且結構承載力明顯提高。同時，在加固修補液相丙烯、抽余碳四、火炬氣、甲烷氫、氮氣、污水等石油石化管道、高腐蝕設備、化工車間受腐蝕建筑等方面應用效果良好，具有良好的示范作用。

大絲束前景更廣闊

上海石化碳纖維新材料采用自行開發的國內獨有的NaSCN（硫氰酸鈉）濕法工藝和具有自主知識產權的成套技術，擁有每年3000噸聚合物、3000噸原絲、500噸碳纖維（1000噸在建）的工業化生產能力。當前，該碳纖維的每個絲束由1.2萬根絲組成，即12K小絲束。

上海石化員工在生產線上精心操作，神奇的碳纖維由此誕生。 供圖/胡擁軍

在碳纖維行業內，通常將每束碳纖維根數大于48000根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維。48K大絲束最大的優勢是在相同的生產條件下，可大幅度提高碳纖維單線產能和質量性能，并實現生產低成本化，從而打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限。

黃翔宇介紹，從12K小絲束到48K大絲束，并不是把噴絲口數量從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之路。這需要深厚的科研理論指導和豐富的實踐經驗支撐。

上海石化10年磨一劍，創造了從12K到48K的成功突破，標志著碳纖維技術從量變到質變的飛躍，不僅填補了國內空白，而且達到了國際先進水平，對“上海智造”工業產生了巨大的推動作用。

2018年，上海石化“PAN（聚丙烯腈）基大絲束原絲及碳纖維技術及工藝包開發”項目通過中國石化組織的國內權威專家組鑒定，大絲束整體技術達到國際先進水平。

隨著48K大絲束碳纖維的面世，上海石化碳纖維技術有了支撐產業發展的強大動力，迎來了更加廣闊的應用前景。