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上海石化碳纖維應(yīng)用前景廣闊
在11月舉辦的第二屆中國(guó)國(guó)際進(jìn)口博覽會(huì)上，以上海石化碳纖維材料制成的自行車(chē)、皮劃艇、齒輪等產(chǎn)品亮相品牌館，令參觀者嘖嘖贊嘆：“自行車(chē)用一兩根手指就能抬起來(lái)，碳纖維材料真的神了。”
這種神奇的新材料由上海石化生產(chǎn)，采用的是自行開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)獨(dú)有的NaSCN(硫氰酸鈉)濕法工藝和具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)，擁有3000噸聚合物、3000噸原絲、500噸碳纖維(1000噸在建)的工業(yè)化生產(chǎn)能力。當(dāng)前，該碳纖維的每個(gè)絲束由1.2萬(wàn)根絲組成，即12K小絲束。
經(jīng)過(guò)聚合、紡絲、再進(jìn)入氧化碳化，一身黑亮的碳纖維“破爐而出”，成為一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量新型纖維材料。其力學(xué)性能優(yōu)異，比重不到鋼的四分之一，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，并且還具有耐腐蝕、高模量的特性，被稱(chēng)為“新材料之王”，也被稱(chēng)為“黑黃金”，在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。
據(jù)上海石化副總工程師黃翔宇介紹，該公司碳纖維自問(wèn)世以來(lái)，短短幾年間，新材料已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并改變了一些領(lǐng)域的傳統(tǒng)做法，助力于“中國(guó)制造”。
碳纖維抽油桿，油田采油大顯身手
在今年9月舉辦的第二十一屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)上，由上海石化、勝利油田、勝利油田新大管業(yè)三家共同申報(bào)的“以碳纖維及其連續(xù)抽油桿研制為核心的新型高效機(jī)采系統(tǒng)”，獲工博會(huì)首次設(shè)立的中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)大獎(jiǎng)，成為一個(gè)以開(kāi)發(fā)、應(yīng)用碳纖維新材料提升傳統(tǒng)采油產(chǎn)業(yè)的成功案例。
據(jù)了解，應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)的連續(xù)抽油桿，最長(zhǎng)可達(dá)5000米，成功克服了過(guò)去抽油桿需要套桿連接、起下工作時(shí)間長(zhǎng)，金屬桿易腐蝕、使用壽命短，運(yùn)行中耗電大等缺點(diǎn)。目前，已在國(guó)內(nèi)五大油田94個(gè)區(qū)塊545口井進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。在深抽增油、節(jié)能降耗、防腐延壽三個(gè)方向應(yīng)用效果顯著，是油田采油系統(tǒng)革命性的技術(shù)升級(jí)，將對(duì)我國(guó)采油行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平提升起到很大的推動(dòng)作用。
碳纖維耐磨制件，性能卓越替代進(jìn)口
今年2月，由上海石化研制開(kāi)發(fā)的碳纖維耐磨片被應(yīng)用到腈綸紡絲機(jī)械設(shè)備上，并通過(guò)了設(shè)備高速轉(zhuǎn)動(dòng)耐磨實(shí)驗(yàn)。這是該公司繼碳纖維齒輪問(wèn)世之后，碳纖維復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域的又一成功應(yīng)用，并且，將打破耐磨制件長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的被動(dòng)局面。
據(jù)工程技術(shù)人員介紹，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的工業(yè)機(jī)械設(shè)備，對(duì)材料的耐磨性、耐熱性及抗化學(xué)腐蝕性有著極為嚴(yán)格的要求。該領(lǐng)域長(zhǎng)期來(lái)采用進(jìn)口材質(zhì)制件，但磨損快、使用周期短的問(wèn)題始終無(wú)法有效解決。
上海石化工業(yè)用耐磨片以碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮(PEEK)樹(shù)脂復(fù)合材料為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)造粒技術(shù)和擠出成型工藝加工制成，具有耐磨耐熱、抗腐蝕和自潤(rùn)滑等優(yōu)異性能，使用壽命可增加3~4倍。耐磨片在該公司腈綸設(shè)備上應(yīng)用之后，有效減少了生產(chǎn)過(guò)程中的絲束損傷，提高了生產(chǎn)連續(xù)性，保證了腈綸絲束質(zhì)量。
碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，加固領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟
去年底，上海石化碳纖維補(bǔ)強(qiáng)材料首次成功應(yīng)用于南京機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)單位在對(duì)機(jī)場(chǎng)航站樓改造加固工程中，針對(duì)航站樓的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和改造要求，使用“碳布”對(duì)其屋頂、梁、柱、樓板等次、主承力結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。“碳布”加固方法簡(jiǎn)便，十分易于航站樓內(nèi)部混凝土曲面、受彎構(gòu)件等復(fù)雜部位的施工作業(yè)，不僅加快了工期，而且降低了工程造價(jià)。
據(jù)了解，近年來(lái)，上海石化與哈爾濱工業(yè)大學(xué)等院校在碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域攜手攻關(guān)，目前，碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于公路、立交橋、高鐵、隧道等存在病險(xiǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施維修工程，以及石油石化管道修復(fù)等領(lǐng)域，形成了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，具有良好的示范作用。在此基礎(chǔ)上，由該公司和哈工大共同制訂的《碳纖維復(fù)合材料加固修復(fù)化工管道技術(shù)規(guī)范》，于今年3月通過(guò)中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)復(fù)核程序，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)在石油化工管道加固修復(fù)領(lǐng)域的首個(gè)技術(shù)規(guī)范正式建立。
上海石化碳纖維項(xiàng)目經(jīng)過(guò)3年攻關(guān)，于2018年成功開(kāi)發(fā)出48K大絲束碳纖維，由于每個(gè)絲束由4.8萬(wàn)根絲組成，單絲強(qiáng)度達(dá)到高性能。
48K大絲束碳纖維的面世，使該公司碳纖維技術(shù)有了支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，在軌道交通、新能源汽車(chē)、民用航空、風(fēng)電等領(lǐng)域，將迎來(lái)更加廣闊的應(yīng)用前景，助力“中國(guó)智造”。
