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【新材料之王】碳纤维技术助力氢能产业发展

发布者：化工新材料时间：2021-03-01 来源：点击：923 次

碳纤维技术在各行各业有着广泛的应用前景，其中，碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶被看作氢能储运的重要技术。碳纤维技术的提升，将助力氢能产业发展。

十年创新，寻求突破

上海石化研发试产的大丝束碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料，力学性能优异，比重不到钢的1/4，强度却是钢的7-9倍，还具有耐腐蚀的特性，被称为“新材料之王”，也被称为“黑黄金”，可广泛应用于飞机部件、轨道交通原材料、车身制造等，在各行各业有着广泛的应用前景。

“大丝束产业化技术的突破，得益于上海石化在碳纤维领域十多年的技术创新与积累。”上海石化副总经理黄翔宇介绍，在研发大丝束碳纤维期间，上海石化承担了国家863、973科研攻关课题，形成了理论创新、技术创新，申请的154项专利已有75项获得授权，掌握了大丝束碳纤维产业化的核心技术。

一直以来，碳纤维技术都有着森严的技术壁垒，迄今为止只有日本、美国等少数发达国家拥有并掌握。“该技术突破后，将使中国一举摆脱大丝束碳纤维长期全部依赖进口的局面，特别是为国内大丝束应用端的企业提供了原料保证。”据黄翔宇介绍，目前我国碳纤维技术还处于快速追赶国际一流的阶段，虽然一些品种有突破，但总体水平与日美相比还有差距，不过，相信在“十四五”期间差距将会进一步缩小。

不模仿，不盲目试错，以科学理论为指导，进行技术创新，是上海石化多年来进行碳纤维技术研发的方法遵循。黄翔宇表示，“只有这样才能形成自有技术，每一次突破都有理论上的进一步完善，这样才能形成技术的不断迭代。大丝束不仅仅给应用带来了低成本和高效率，我们在技术开发时还坚持赋予大丝束良好的质量和优异的后加工性能”。

“1.2万吨/年48K大丝束碳纤维”项目包括1.2万吨/年48K大丝束碳纤维、2.4万吨/年原丝等，总投资35亿元，是上海市重大产业项目，计划2024年全部完成。项目投产后，将一举改变我国大丝束碳纤维依赖进口、长期供不应求的局面，有力推动国产碳纤维产业发展，助力中国制造。

储氢应用，绿色布局

随着国内碳纤维技术取得突破，其在氢储运领域的应用也将获得进展。当前，推动氢储运技术的提升和储运成本的下降是氢能产业走向成熟的关键，其中，碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶被寄予厚望。上海石化首席专家王佩琳指出，大丝束碳纤维用于缠绕气瓶，可使气瓶的缠绕速度提高，有效提高生产效率，降低生产成本。

据王佩琳介绍，上海石化正在自主研发碳纤维用于缠绕气瓶的制造工艺技术，其中，35兆帕气瓶已通过检测，未来将考虑形成一定规模的气瓶生产能力。同时，该公司积极布局碳纤维在储氢领域的技术研发，包括三型、四型瓶相关技术的开发，都取得了突破。

大丝束最大的优势除了本身的成本优势外，还在于使用端大大提高了加工效率。就气瓶而言，大丝束的缠绕效率是小丝束的3~4倍，这将使碳纤维缠绕高压气瓶的制造成本大幅降低，更有利于在氢能储运上的应用。从技术角度讲，35兆帕储氢气瓶技术已基本成熟，处于扩大应用阶段，很快会在商用车领域获得大规模应用；70兆帕储氢气瓶今后主要应用方向是乘用车市场，国内仍处于技术突破阶段，应用端还在试用阶段。

近年来，中国石化不断加快在氢能领域的布局，并在制氢、加氢站环节有着显著优势。1月7日，中国石化邀请4家新能源企业召开新能源产业发展视频对话会，提出推动风光氢一体化分布式能源示范工程建设，在国内相关示范区及产业园区探讨合作试点绿电制氢及加注示范等应用场景的可能性，共同推进氢能高水平示范。

作为中国最大的炼油化工一体化综合性石油化工企业之一，上海石化也在加快氢能领域的布局。据王佩琳介绍，该公司拥有丰富的氢气资源，年产量在23万吨左右，与周边地区有氢气管网互通。今后，上海石化将利用氢气资源和管网优势，致力成为新的氢能资源提供者，同时考虑开发液氢储存和固体氢储存技术，探索利用太阳能和风能发展生产绿氢，开发和形成绿色产业链。

什么是碳纤维？

碳纤维是由有机纤维经过一系列热处理转化而成、含碳量大于90%的无机高性能纤维。

碳纤维力学性能优异，比重不到钢的1/4，强度却是钢的7~9倍，还具有耐腐蚀、高模量的特性，被称为“新材料之王”，也被称为“黑黄金”，在各行各业有着广泛的应用前景，是制造航天航空等高科技器材的优良材料。

什么是大丝束碳纤维？

在碳纤维行业内，通常将每束根数大于48000根（48K）的碳纤维，称为大丝束碳纤维。目前，国内每束碳纤维基本处于1000～12000根之间，称为小丝束。

48K大丝束最大的优势，就是在相同的生产条件下，可大幅提高碳纤维单线产能和质量性能，并实现生产低成本化，从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。

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