近日，由上海石化研發(fā)生產(chǎn)的48K大絲束碳纖維筋制成的百米級國產(chǎn)大絲束碳纖維索，成功應(yīng)用于中建八局長深高速項目氣膜結(jié)構(gòu)砂石料場。
這是碳纖維復(fù)合材料在氣承式膜結(jié)構(gòu)索網(wǎng)系統(tǒng)中的首次應(yīng)用，也是我國土木工程領(lǐng)域迄今應(yīng)用的最長碳纖維筋索。
該氣膜結(jié)構(gòu)長105m，寬72m，高27m。據(jù)分析，原氣膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的位移較大，為進一步提高臺風(fēng)季節(jié)氣膜結(jié)構(gòu)的可靠性，本工程在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，沿氣膜長度方向增設(shè)兩道碳纖維預(yù)應(yīng)力索，用以增強氣膜結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。碳纖維索設(shè)置于原氣膜結(jié)構(gòu)索網(wǎng)外側(cè)，在氣膜內(nèi)部氣壓作用下主要承受拉力。
該碳纖維索采用上海石化生產(chǎn)的國產(chǎn)48k大絲束碳纖維筋制成，在本項目的成功應(yīng)用充分展現(xiàn)了碳纖維索獨特的技術(shù)優(yōu)勢，拓展了碳纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域應(yīng)用的新場景，其具備輕質(zhì)高強特性，為未來低能耗、超大跨度氣膜結(jié)構(gòu)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。
48K大絲束碳纖維
2022年10月10日。我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產(chǎn)線在中國石化上海石化碳纖維產(chǎn)業(yè)基地投料開車，并生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。
在碳纖維行業(yè)內(nèi)，通常將每束碳纖維根數(shù)大于4.8萬根（簡稱48K）的稱為大絲束碳纖維。
該條48K大絲束碳纖維國產(chǎn)線可實現(xiàn)規(guī)模化、高品質(zhì)生產(chǎn)該項目采用中國石化自主開發(fā)的PAN （聚丙烯腈）基大絲束原絲、碳纖維技術(shù)分兩個階段實施計劃于2024年全部建成投產(chǎn)屆時共達到2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年大絲束碳纖維產(chǎn)能。
48K大絲束碳纖維不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，強度遠遠超過鋼材，比重卻不到鋼的四分之一。48K大絲束最大的優(yōu)勢是在相同的生產(chǎn)條件下，不僅可以大幅度提高碳纖維單線產(chǎn)能和質(zhì)量性能，還可以實現(xiàn)生產(chǎn)低成本化，從而打破碳纖維高昂價格帶來的應(yīng)用局限。
不斷擴寬的下游
此前，作為“黑色黃金”的碳纖維應(yīng)用場景廣泛，如風(fēng)能、太陽能、高鐵動車、飛機部件等。
而在國產(chǎn)48K大絲束碳纖維面世的這段時間內(nèi)，它的潛力不斷被挖掘出來。
比如去年年底，采用上海石化48K大絲束碳纖維筋研制的碳纖維吊桿，成功吊起了青島海口路跨風(fēng)河大橋，該橋建成后將成為我國首座應(yīng)用大絲束碳纖維索錨體系的橋梁工程，為土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用打開了新局面。
中國技術(shù)打破壟斷
長期以來，中國的碳纖維發(fā)展主要是在小絲束碳纖維方面實現(xiàn)了突破，但是由于小絲束碳纖維成本高，影響了下游企業(yè)應(yīng)用碳纖維的積極性。
中國石化碳纖維專家、上海石化副總經(jīng)理黃翔宇介紹，為了讓大絲束碳纖維真正擁有“中國技術(shù)”，上海石化從裝備到工藝，為大絲束量身定制了專用生產(chǎn)線，如根據(jù)大絲束的要求自行設(shè)計氧化爐、碳化爐，不僅成功掌握了控制溫度場的關(guān)鍵核心技術(shù)，而且配置了節(jié)能型設(shè)計可實現(xiàn)能源綜合利用，這在國內(nèi)外裝備也是絕無僅有。
碳纖維技術(shù)有著森嚴的技術(shù)壁壘，中國石化是國內(nèi)第一家、全球第四家掌握大絲束碳纖維的企業(yè)。
經(jīng)過十余年努力，我國碳纖維實現(xiàn)了從12K到48K的重大突破，成功實現(xiàn)研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)從量變到質(zhì)變的飛躍。
截至目前，中國石化已累計擁有碳纖維相關(guān)專利251項、碳纖維復(fù)合材料專利46項，專利排名國內(nèi)第一、世界第三。
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