近日，中国石化上海石化年产3万吨大丝束碳纤维建设项目一阶段在内蒙古投料开车，产品性能达到国际先进水平，这是国内单线产能最大的大丝束碳纤维生产线，标志着我国在高性能碳纤维规模化生产领域迈出关键一步。
此次投产项目规划建设10条碳纤维生产线，一阶段先行建成2条，单线设计产能超过3000吨。按照计划，二阶段8条生产线预计将于2027年底全面建成投产。
据悉，上海石化在大丝束项目中联手东华大学等多家高校科研机构，打通材料基础科学的产学研用创新链条，具有完全独立自主的知识产权，未来将出口至欧洲及“一带一路”沿线国家，拓宽海外新能源材料高端市场。
188天刷新同类纪录
该项目依托上海石化自有大丝束碳纤维专利技术，落地内蒙古鄂尔多斯，充分利用当地丰富的风能、光能资源，规划建设10条碳纤维生产线。“一阶段的2条生产线从正式开工到机械竣工仅用188天，刷新行业内同类装置建设速度最快纪录。”内蒙古新金山碳纤维有限公司副总经理田文寅表示。
“上海石化的技术底气来自多年深耕，不仅有技术优势，还可实现装备自主可控。”上海石化碳纤维事业部经理李鹏介绍，早在4年前，上海石化在上海投产了国内首套48K大丝束碳纤维国产化生产线，实现了从原丝到装备的核心技术完全自主可控。自主研发的硫氰酸钠一步法湿法工艺拥有独立知识产权，大丝束碳纤维拉伸强度大于4.5吉帕、拉伸弹性模量大于等于260吉帕，相当于单股丝束即可吊起1吨重物，均处于国际领先水平。
此外，上海石化氧化碳化全流程关键核心装备实现国产化，内蒙古项目在此基础上进一步优化，采用更大宽幅的生产线并改进氧化炉、碳化炉的吹风方式，使单线年产能从2000吨提升至3000吨，提升幅度达50%。
此次“上海研发”落地内蒙古，绝非简单的产能转移。
碳纤维生产能耗较高，电力成本在生产总成本中占比显著，而内蒙古风光绿电资源富集、人力及土地成本相对低廉。“在此布局大丝束碳纤维项目，能够显著摊薄生产端综合成本，提升产品市场竞争力。”内蒙古新金山碳纤维有限公司副总经理陈艺文告诉记者，项目绿电使用率超过60%，相较煤电用电成本可降低40%以上。
更为重要的是，每条生产线每年可减少碳排放约2万吨，10条线全部投产后，年减排量相当于植树超过1000万棵。这不仅大幅压低了生产成本，也让产品获得更低的碳足迹，契合欧盟碳边境调节机制等国际绿色贸易要求，为开拓海外市场提供了“绿色通行证”。
记者还从上海石化了解到，该项目还引入中国石化股份、东方风电、乌审旗国投集团以及建信投资，形成了涵盖技术支撑、市场应用、政策支持、资金保障的产业闭环。下游风电领域拉挤板材战略合作商已落地鄂尔多斯，一条“绿电—碳纤维新材料—风电产业”的循环产业链正加速成型。
产学研用深度融合
碳纤维素有“新材料之王”“黑黄金”之称，密度不到钢的四分之一，强度却是钢的7至9倍，兼具耐腐蚀等优异特性。
在碳纤维行业中，每束纤维根数大于4.8万根（48K）的称为大丝束碳纤维。与小丝束相比，大丝束碳纤维在相同生产条件下单线产量更高、生产成本更低，规模化应用优势明显。打个比方，一束48K大丝束碳纤维的拉伸强度，足以拉动一辆满载50人的大客车。
然而，从小丝束到大丝束，并不是单纯的数量叠加，而是要不断攻克材料学基础研究的工程课题。此前，大丝束碳纤维生产技术主要被美国、日本和德国垄断。
“让4.8万根比头发丝还细的碳纤维原丝溶液，同时从‘花洒’一样的喷丝板里均匀地喷出，想象一下就知道有多难。”李鹏告诉记者，上海石化依托50多年的腈纶生产经验，结合十余年硫氰酸钠法碳纤维原丝的产业化攻关成果，反复优化挤出装备、调整成型工艺，最终从源头上攻克了这一“卡脖子”难题。
目前，上海石化已成为国内唯一一家成熟采用单个48K和60K喷丝板直接生产碳纤维原丝的企业。
但这只是一个开始，大丝束氧化过程的放热控制也是成败关键。“从12K小丝束到48K大丝束，氧化过程中放热反应的放热量大大增加，而关键核心技术就是怎么把这个放热量控制住，让每一根碳纤维丝均匀受热。”李鹏表示，面对这一难题，只能沉下心来用“笨办法”，一束丝一束丝慢慢试验，逐步增加到136束、146束，这才摸索出氧化过程的传热传质规律，逐步掌握大丝束氧化放热特征，并据此联合设计单位自行设计了国产氧化炉和碳化炉，成功掌握了控制温度场的关键核心技术。
“大丝束”碳纤维市场应用广阔。
在大丝束的产学研用深度融合过程中，上海石化联手全国各大高校打通基础研究、应用开发、成果转化的创新链条。
上海石化主要负责原丝和氧化碳化成套技术开发、关键核心装备国产化攻关。华东理工大学提供了聚合、脱挥设备的工程化模拟，北京化工大学参与大丝束氧化碳化工艺探索和原丝评价，而东华大学则贡献了纺丝和氧化碳化过程纤维微观结构的分析表征。
在此基础上，上海石化去年成功研发生产60K大丝束碳纤维，成为全球第二家、国内唯一掌握该技术的企业。李鹏表示，上海石化采用硫氰酸钠湿法纺丝路线制备60K大丝束，在全球独一无二，堪称“独门绝技”。
2028年实现满产满销
大丝束碳纤维的价值，不只在于“ 做得出来”，更在于“用得起来”。当前，上海石化生产的碳纤维已广泛应用于风电、交通、体育休闲、低空经济等领域，客户覆盖多个行业头部企业。
陈艺文介绍，使用上海石化48K大丝束碳纤维制造的碳梁，已被三一重能应用于131米长的陆上风电叶片，并在吉林通榆风场挂机运行。针对客户需求研发的48K高模量大丝束碳纤维，则供给国外头部风电客户，用于海上超长风电叶片拉挤碳梁的批量生产。
目前，上海石化在碳纤维产业形成了“上海+内蒙古”双基地协同发展格局。上海金山区基地靠近港口，侧重全规格碳纤维研发和高端应用，在深海风电、体育休闲、轻量化消费等领域发挥区位优势，而内蒙古基地依托绿电优势，主打48K和60K大丝束碳纤维，聚焦新能源规模化工业场景。
“随着国内低空经济的发展，载人eVTOL飞行器、工业无人机、低空文旅装备等产业加速落地，为大丝束碳纤维提供了全新的轻量化结构件应用场景。”陈艺文表示，依据国家“十五五”规划对新型电力系统、风光大基地、独立储能、氢能产业的重点布局，风电碳梁、储能电极、高压储氢容器等材料需求将持续释放，为大丝束产能扩张提供坚实的市场支撑。
“当前欧洲为全球最大风电市场，海外低碳风电材料需求持续扩张。”陈艺文还表示，依托中欧班列等跨境物流通道及自贸区开放优势，内蒙古基地生产的民用级大丝束碳纤维，可高效出口至欧洲及“一带一路”沿线国家，抢抓全球新能源材料国产化替代机遇，进一步拓宽海外高端市场空间。
为此，上海石化将于2027年底前完成上海年产6万吨大丝束碳纤维原丝项目和内蒙古年产3万吨大丝束碳纤维项目建设，2028年实现满产满销，经济技术指标达到世界一流水平。“后续还将结合行业发展动态，择机在绿电资源丰富地区启动高性能大（巨）丝束碳纤维项目立项。”上海石化科技部经理王丽丽表示。
（文章来源：上观新闻）
