大家都知道
北京冬奧火炬“飛揚”由
中國石化上海石化研制量産
火炬外殼正是由上海石化研發的
碳纖維複合材料制成
近日，中國石化上海石化
自主研發生産的碳纖維
成功應用于
廣州地鐵18号線“灣區藍”高速列車
運作資料顯示
使用碳纖維複合材料的列車車頭罩
性能完全符合運作條件
與同等子產品的鋁合金材料相比
可減輕重量達35%-40%
有效助力列車減重提速
碳纖維是一種含碳量在95%以上的
高強度新型纖維材料
力學性能優異
品質是鋼的四分之一
強度卻是鋼的七至九倍
并且還具有耐腐蝕的特性
被稱為“新材料之王”
也被稱為“黑黃金”
可廣泛應用于
飛機部件、軌道交通原材料、車身制造等
在各行各業有着廣泛的應用前景
據了解
廣州地鐵18号線
被譽為粵港澳大灣區最快地鐵
最高時速可達160公裡
擔任營運任務的“灣區藍”列車
是國内首列車頭罩采用
輕質高強碳纖維複合材料的地鐵列車
自2019年起
中國石化和中國中車開展協同創新
攻克了碳纖維複合材料在軌道交通領域
規模應用關鍵核心技術
建立了完整的技術研發體系
形成了世界領先的“一站式”
輕量化技術解決方案
最終實作了此次碳纖維複合材料
在“灣區藍”列車上的成功應用
下一步，中國石化碳纖維
還将在廣州地鐵22号線列車上應用
此外
中國石化和中國中車的研發團隊
還正在積極開展應用于
時速400公裡高速列車、磁懸浮列車等
更高性能等級車型的
碳纖維複合材料技術攻關
為大陸碳纖維及其複合材料
的産業鍊發展開辟更廣闊的領域
中國石化為北京2022冬奧會
火炬“飛揚”披上了碳纖維“外衣”
是全球首次實作
以碳纖維複合材料制作奧運火炬外殼
解決了氫燃料燃燒時
火炬需要耐高溫的技術難題
使其具有“輕、固、美”等特點
能夠實作在高于800攝氏度的氫氣
燃燒環境中正常使用
相比冰冷的金屬火炬外殼
“飛揚”更加讓火炬手感到溫暖
助力“綠色奧運”
碳纖維技術有着森嚴的技術壁壘
中國石化上海石化
是國内較早研發碳纖維并進行産業化生産的企業
早在2012年
該公司采用自主研發的碳纖維成套技術
生産12K小絲束碳纖維
2018年，該公司成功試制出了
具有國際先進水準的48K大絲束碳纖維
中國石化擁有自主知識産權開發的
碳纖維技術
目前申請專利居國内第一、全球第三
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在碳纖維行業内，通常将每束碳纖維根數大于48000根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維。目前，國内每束碳纖維基本處于1000根～12000根之間，稱為小絲束。
48K大絲束最大的優勢，就是在相同的生産條件下，可大幅度提高碳纖維單線産能和品質性能，并實作生産低成本化，進而打破碳纖維高昂價格帶來的應用局限。
數量從1.2萬個放大到4.8萬個這麼簡單，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，豐富的實踐經驗作支撐，才能解決很多關鍵的技術難點，而上海石化經過10年磨一劍，創造了這一條件。可以說，從12K到48K的成功突破，标志着上海石化碳纖維技術從量變到質變的飛躍，不僅填補了國内空白，而且達到了國際先進水準。
碳纖維生産工藝（從一滴石油到碳纖維）
碳纖維和我們日常戴的口罩“同宗同源”，它們都是億萬年前深埋在岩石地層裡的、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”的制備流程十分漫長，是一次漫長的“飛揚”之旅。
被石油勞工開采出來的石油進入煉廠之後，經過常減壓裝置蒸餾處理，可以從中提取石腦油等組分。接下來将石腦油送到乙烯裝置，在溫度700~900攝氏度的乙烯裂解爐中，将其裂解成丙烯。當丙烯與氨、氧氣走到一起，在催化劑的推波助瀾之下，發生了丙烯氨氧化反應，得到了碳纖維的原料——丙烯腈。
丙烯腈單體經過聚合反應，不斷連接配接在一起，形成了具有螺旋結構的聚丙烯腈大分子長鍊，這些長鍊卷曲纏繞在一起，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，纏結在一起的大分子鍊才能變成流動的紡絲液體。通過機械剪切和管道輸送，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闆的噴絲孔裡高速擠出，在特制的溶液中凝固成型。經過一系列的機械拉伸，形成緻密規整的白色原絲。白色原絲經過氧化、高低溫碳化等連續工藝，就像生面團烤制面餅，顔色從白變黃，再從黃變黑，纖維也越變越細，最終形成“黑黃金”碳纖維。
碳纖維應用領域：在當今世界高速工業化的大背景下，碳纖維用途正趨向多樣化，憑借着輕而強、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩定性好及設計性好、可大面積整體成型等優異性能，碳纖維已在航空航天、國防軍工和民用工業的各個領域得到廣泛應用。
作為國内第一家率先突破48K大絲束碳纖維産業化技術的企業，自上海石化碳纖維問世後，在各個領域得到廣泛應用，對“中國制造”産生積極的推動作用。
碳纖維抽油杆應用于采油産業。在2019年9月舉辦的第21屆中國國際工業博覽會上，由上海石化、勝利油田、勝利油田新大管業3家共同申報的“以碳纖維及其連續抽油杆研制為核心的新型高效機采系統”，獲工博會首次設立的中國國際工業博覽會大獎，成為一個以開發、應用碳纖維新材料提升傳統采油産業的成功案例。目前，該系統在勝利油田進行應用，性能優良，與國外碳纖維水準相當，完全可以取代進口。目前，已在國内五大油田94個區塊545口井進行産業化應用，實作了直接經濟效益2.45億元。
碳纖維耐磨制件應用于腈綸紡絲機械裝置。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裝置上，這是碳纖維複合材料在工業領域的又一成功應用，打破了耐磨制件長期依賴進口的被動局面。工業機械裝置長期以來采用進口材質制件，但磨損快、使用周期短等問題始終無法有效解決。上海石化工業用耐磨片以碳纖維增強聚醚醚酮（PEEK）樹脂複合材料為基礎，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，使用壽命可延長3～4倍，有效提高了生産連續性，保證了腈綸絲束品質。
碳纖維補強技術應用于公路、立交橋、高鐵、隧道等基礎設施維修加強工程。近年來，上海石化與哈爾濱工業大學等院校在碳纖維複合材料補強領域攜手攻關，目前，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。在莫三鼻克N6公路、天津津濱高速立交橋、沈陽至丹東鐵路線、遼甯蓡窩水庫等病險基礎設施維修工程中，采用碳纖維拉擠闆材加強，不僅施工高效便捷，而且結構承載力明顯增強。同時，在加強修補液相丙烯、抽餘碳四、火炬氣、甲烷氫、氮氣、污水等石油石化管道、高腐蝕裝置、化工工廠中的房間受腐蝕建築等方面應用效果良好，形成了豐富的應用經驗，具有良好的示範作用。
碳纖維鋼筋替代傳統工程材料。2019年，一種可替代鋼筋的新型結構材料碳纖維筋成功問世，碳纖維筋是采用了特殊拉擠工藝，将碳纖維與樹脂結合，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、彈性模量等關鍵名額均優于國家相關規範标準。由上海石化與中建八局、哈爾濱工業大學等機關合作開發的碳纖維筋，不但能降低構築物自重，而且大幅增強了混凝土筋結構的耐海洋腐蝕性、耐水泥堿性等，能有效提高建築物的耐久性能，降低維護成本，延長使用期限。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複合材料的應用在國内土木工程領域處于領先水準。
打造人才高低，上海石化碳纖維的“矽谷” ：2020年8月28日，上海石化先進材料創新研究院揭牌成立。這是上海石化在科技創新上推出的重要舉措，他們集中力量開展關鍵核心技術攻關和産業創新，推進中高端新材料産業企地融合發展。科研工作，最重要的是人才。目前，創新研究院通過内外部結合招聘，64人中，博士8人、碩士21人、大學21人，成為上海石化名副其實的“矽谷”。 同時，該院與上海碳纖維複合材料創新研究院、陶氏化學、華東理工大學、東華大學等高新企業、高校院所開展各項技術交流，共建合作推動高品質發展。
目前，上海石化正着力打造中高端新材料産業叢集，接下來，上海石化将着力開展核心技術研究，努力形成碳纖維工程化成套技術；努力打造以碳纖維産業為核心，以聚酯、聚烯烴、彈性體、碳五下遊精細化工新材料産業為延伸的中高端新材料産業叢集；利用研發制造碳纖維複合材料火炬外殼的契機，加快推進碳纖維及其複合材料核心技術攻關，為上海石化轉型發展、創新發展、跨越發展打造新引擎、彙聚新動能。
掃描小程式碼進入“北京2022雲展廳”