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經(jīng)過聚合、紡絲、牽伸“熱身”,再入氧化碳化“爐烤”,48K大絲束碳纖維一身黑亮,“破爐而出”――中國石化上海石化股份公司的此項“PAN(聚丙烯腈)基大絲束原絲及碳纖維技術及工藝包開發(fā)”項目,日前通過中國石化組織的國內(nèi)權威專家組鑒定,大絲束整體技術達到國際先進水平。
碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量新型纖維材料。其力學性能優(yōu)異,比重不到鋼的1/4,強度卻是鋼的7—9倍,并且還具有耐腐蝕性、高模量的特性,被稱為“新材料之王”,也被稱為“黑黃金”,在各行各業(yè)有著廣泛的應用前景。
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(1K)-12000根(12K)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,并實現(xiàn)生產(chǎn)低成本化,從而打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限。
據(jù)上海石化腈綸部總工程師黃翔宇介紹,從12K小絲束到48K大絲束,并不是把噴絲口數(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之路,這需要深厚的科研理論作指導,豐富的實踐經(jīng)驗作支撐,才能解決很多關鍵的技術難點,而上海石化經(jīng)過10年磨一劍,創(chuàng)造了這一條件??梢哉f,從12K到48K的成功突破,標志著上海石化碳纖維技術從量變到質(zhì)變的飛躍,不僅填補了國內(nèi)空白,而且達到了國際先進水平,這將對“上海智造”工業(yè)產(chǎn)生巨大的推動作用。
上海石化是國內(nèi)特大型煉化一體化企業(yè)之一,也曾是國內(nèi)最大的腈綸生產(chǎn)企業(yè)。依托腈綸產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,該公司早在上世紀八十年代就率先開展對碳纖維的交流調(diào)研和技術研究工作。2007年,中國石化決策部署PAN基碳纖維的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化攻關工作,并將建設項目落實在了上海石化。
碳纖維有著森嚴的技術壁壘,迄今為止核心技術也只有日本、美國等少數(shù)發(fā)達國家擁有并掌握。對此,上海石化在中國石化、上海市的大力支持下,與上海石化研究院、上海工程公司、復旦大學等數(shù)十家科研院所、高校、企業(yè)等一起,走出了一條以企業(yè)為主體的“產(chǎn)、學、研、用”相結合的協(xié)同創(chuàng)新之路,并憑借高校強大的基礎理論研究與企業(yè)的工程化技術開發(fā)無縫對接,不“摸黑前行”,不“無謂模仿”,不“盲目試錯”,在明確目標的指引下,少走彎路,跨越鴻溝,取得了技術的積累。
在各方團隊的齊心協(xié)力下,碳纖維攻關快速推進:2008年11月,建成中試裝置;2009年3月,成功研制出12K原絲。
2012年9月,采用自行開發(fā)的國內(nèi)獨有的NaSCN(硫氰酸鈉)濕法工藝和自主知識產(chǎn)權的成套技術,上海石化年產(chǎn)3000噸原絲、1500噸碳纖維項目一階段工程建成投產(chǎn),形成了每年3000噸聚合物、1500噸原絲、500噸碳纖維的工業(yè)化生產(chǎn)能力。
上海石化碳纖維項目得到了國家、中國石化和上海市政府的高度重視和大力支持,“年產(chǎn)3000噸PAN原絲產(chǎn)業(yè)化示范工程”被列為國家高技術項目,“PAN基碳纖維成套技術攻關”被列為中國石化2010-2017年十條龍項目,“年產(chǎn)1500噸PAN基碳纖維項目”被列為上海市創(chuàng)新和高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展重大項目。在此期間,該項目共承擔國家863項目1項,973項目1項,國家發(fā)改委項目2項,上海市政府項目5項,獲政府攻關資助2638萬元。期間,中國石化共累計申請?zhí)祭w維相關專利179項、授權62項。據(jù)2016年統(tǒng)計,中國石化碳纖維相關專利申請數(shù)排名全國第一、全球第四。
黃翔宇說,特別是在參與承擔國家863項目、973項目中,與科研院所的深度融合,使基礎研究理論成果更好地應用于技術研發(fā)上,為推進大絲束整體技術研發(fā)起到了積極作用。
本文由上海宏東轉載發(fā)布;本公司專業(yè)生產(chǎn)G型螺桿泵,耐干磨管道離心泵,不銹鋼磁力泵,氣動隔膜泵,氟塑料泵等;歡迎訪問官網(wǎng)查詢具體產(chǎn)品信息。
2016年5月,上海石化開展碳纖維48K大絲束原絲工業(yè)化研究試驗。2018年1月,成功開發(fā)了大絲束碳纖維的聚合、紡絲、氧化炭化工藝技術,形成了千噸級PAN基48K大絲束碳纖維成套技術工藝包的技術基礎。3月份,成功試制出了國內(nèi)真正意義上的48K大絲束碳纖維,并貫通工藝全流程。據(jù)測試,48K大絲束原絲經(jīng)過氧化炭化成48K碳纖維大絲束后,單絲強度達到高性能。這為上階段通用級碳纖維(小絲束+大絲束)的技術升級,以及高性能碳纖維的生產(chǎn),打下了堅實的基礎。
據(jù)了解,一階段千噸級碳纖維裝置開車以來,截至2018年5月,裝置已累計生產(chǎn)原絲4286噸,生產(chǎn)碳纖維709噸。獨特的NaSCN濕法原絲工藝,使生產(chǎn)的碳纖維具有優(yōu)異的表面結構和界面性能,可要極大增強碳纖維復合材料性能。
憑借上海石化這一國家首批命名的“合成纖維國家工程研究中心”、上海石化與上海石化院共建的“中國石化碳纖維及其復合材料重點實驗室”、上海石化院與七家企業(yè)研究院建成投用的“合成纖維加工應用中心(FTC)”三大體系所構成的中國石化高性能纖維及其復合材料的創(chuàng)新平臺,上海石化碳纖維已經(jīng)在傳統(tǒng)能源領域顯現(xiàn)身手。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9個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;在碳纖維齒輪替代進口塑料齒輪,以及加固修補液相丙烯、抽余碳四、火炬氣、甲烷氫、氮氣、污水等石化管道、高腐蝕設備、化工車間受腐蝕建筑等方面得到示范應用,效果良好。
上海石化還與勝利油田分公司及其改制企業(yè)新大管業(yè)科技有限公司合作,開發(fā)碳纖維抽油桿,經(jīng)過5個批次的試驗后,抽油桿性能優(yōu)良,同國外碳纖維水平相當,完全可以取代進口。截至2017年底,勝利油田已使用上海石化碳纖維連續(xù)抽油桿試驗應用共93口井,累計用桿20.9萬米,目前正在進一步推廣應用,特別是西北高腐蝕深井。
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(chǎn)業(yè)發(fā)展的強大動力,迎來更加廣闊的應用前景。在傳統(tǒng)能源和新能源領域,該公司將開發(fā)生產(chǎn)通用級、低成本大絲束、高強高模量級碳纖維原料,重點應用到油田(抽油桿、抽油套管、部件等),常壓及高壓容器(高壓CNG瓶、車載CNG罐,儲氫氣瓶,壓縮空氣瓶等),加油站雙層罐、車載罐,石化管道修復加固(各種材質(zhì)、工況的廠區(qū)管道,長輸原油管線等),大容量風電葉片等;在軌道交通、新能源汽車、民用航空、風電等高端領域,實現(xiàn)商業(yè)應用或產(chǎn)業(yè)化示范應用。目前,該公司已與海上風電、大型風電、汽車行業(yè)等相關項目展開合作意向。