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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國際進口博覽會上，以上海石化碳纖維材料制成的自行車、皮劃艇、齒輪等產(chǎn)品亮相品牌館，令參觀者嘖嘖贊嘆：“自行車用一兩根手指就能抬起來，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)，采用的是自行開發(fā)的國內(nèi)獨有的NaSCN(硫氰酸鈉)濕法工藝和具有自主知識產(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。當前，該碳纖維的每個絲束由1.2萬根絲組成，即12K小絲束。
經(jīng)過聚合、紡絲、再進入氧化碳化，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(yīng)用前景。
據(jù)上海石化副總工程師黃翔宇介紹，該公司碳纖維自問世以來，短短幾年間，新材料已經(jīng)在多個領(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國際工業(yè)博覽會上，由上海石化、勝利油田、勝利油田新大管業(yè)三家共同申報的“以碳纖維及其連續(xù)抽油桿研制為核心的新型高效機采系統(tǒng)”，獲工博會首次設(shè)立的中國國際工業(yè)博覽會大獎，成為一個以開發(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)用碳纖維增強復(fù)合材料生產(chǎn)的連續(xù)抽油桿，最長可達5000米，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(nèi)五大油田94個區(qū)塊545口井進行產(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，將對我國采油行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平提升起到很大的推動作用。
碳纖維耐磨制件，性能卓越替代進口
今年2月，由上海石化研制開發(fā)的碳纖維耐磨片被應(yīng)用到腈綸紡絲機械設(shè)備上，并通過了設(shè)備高速轉(zhuǎn)動耐磨實驗。這是該公司繼碳纖維齒輪問世之后，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，將打破耐磨制件長期依賴進口的被動局面。
據(jù)工程技術(shù)人員介紹，高速轉(zhuǎn)動的工業(yè)機械設(shè)備，對材料的耐磨性、耐熱性及抗化學(xué)腐蝕性有著極為嚴格的要求。該領(lǐng)域長期來采用進口材質(zhì)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(yè)用耐磨片以碳纖維增強聚醚醚酮(PEEK)樹脂復(fù)合材料為基礎(chǔ)，采用先進造粒技術(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。
碳纖維補強技術(shù)，加固領(lǐng)域獨樹一幟
去年底，上海石化碳纖維補強材料首次成功應(yīng)用于南京機場改擴建項目。項目建設(shè)單位在對機場航站樓改造加固工程中，針對航站樓的結(jié)構(gòu)特點和改造要求，使用“碳布”對其屋頂、梁、柱、樓板等次、主承力結(jié)構(gòu)進行加固補強。“碳布”加固方法簡便，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。
據(jù)了解，近年來，上海石化與哈爾濱工業(yè)大學(xué)等院校在碳纖維復(fù)合材料補強領(lǐng)域攜手攻關(guān)，目前，碳纖維補強技術(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，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月通過中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會復(fù)核程序，標志著國內(nèi)碳纖維行業(yè)在石油化工管道加固修復(fù)領(lǐng)域的首個技術(shù)規(guī)范正式建立。
上海石化碳纖維項目經(jīng)過3年攻關(guān)，于2018年成功開發(fā)出48K大絲束碳纖維，由于每個絲束由4.8萬根絲組成，單絲強度達到高性能。
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)展的強大動力，在軌道交通、新能源汽車、民用航空、風電等領(lǐng)域，將迎來更加廣闊的應(yīng)用前景，助力“中國智造”。
