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1.前言
10月13日，中国石化上海石化股份有限公司实现了国内首个万吨级48K大丝束碳纤维的生产，性能和美国同级别产品媲美。
碳纤维布作为新材料之王，为何称这种碳纤维为黑黄金？要解释这个问题，我们不妨先了解以下几个问题：
1.如何制备碳纤维？
2.什么是大丝束和小丝束碳纤维？
3.大丝束碳纤维有何发展意义？
4.大丝束碳纤维的制备难点何在？
2.如何制备碳纤维？
碳纤维的比强度高、耐腐蚀、抗疲劳性能好，以碳纤维为增强相制备的复合材料CFRP广泛应用于航空航天，交通运输以及文体用品上。碳纤维是一种高度石墨化的纤维，含碳量高达90%以上，它的制作流程图如下所示：
碳纤维制备流程简图上面的图包括以下几个步骤：
原料丝的准备：碳纤维的原料是PAN聚丙烯腈纤维(也叫碳纤维前驱体)，经过拉伸(Stretching)和-℃的预氧化(Stabilzation)处理后，将前驱体化学键由线性变成梯形。
碳化(Carbonization)/石墨化(Graphitization)：在惰性气体条件下，继续将温度升到至0℃，去除前驱体的氮、氢、硫等杂元素，使得碳元素的含量在90%以上。同时，这个过程也会使碳原子平行于碳纤维的横向轴。
表面处理(SurfaceTreatment)：此时制备得到的碳纤维表面过于平滑，不利于与树脂基体的浸润，因此需要加入合适的化学试剂刻蚀，提高碳纤维表面的化学活性。
上浆：采用和基体树脂相近组分的树脂浸润，保护活化基团。
缠绕(Winding)：将上浆后的碳纤维经过特定的设备按照一定的方向缠绕后，就变成我们常用的碳纤维制品了，通常是这样：
碳纤维3.什么是大丝束和小丝束碳纤维？
两者的区别就是碳纤维原丝丝束数目的不同，K是Kilo(千)的缩写，1至24K的丝束称为小丝束碳纤维，48K以上的丝束称为大丝束碳纤维。
大丝束与小丝束碳纤维布的微观图两者的性能也有所不同，如下表所示：
大丝束与小丝束碳纤维差异一般而言，小丝束碳纤维制备要求更高，纯度高于大丝束碳纤维，因此具有更好的性能。那么肯定有人会问了，大丝束碳纤维的力学性能不行，发展意义何在？
4.大丝束碳纤维发展意义
其实这两种不同的碳纤维因为性能的不同，两者的应用场景不同，小丝束碳纤维一般对航空航天应用较多，比如飞机的机身：
波音碳纤维机身大丝束碳纤维广泛应用于民品，比如风电叶片：
大丝束碳纤维风电叶片相比于小丝束碳纤维，大丝束碳纤维具有的优势有：
1.低成本。小丝束碳纤维的工业成本为13.35美元/kg，而大丝束碳纤维的成本只有10.2美元/kg，同时，量越大，小丝束的每千克成本会更高。
2.生产效率高。大丝束碳纤维的杂质含量要求更低一些，碳化时间短，在相同的时间内，可以生产更多的碳纤维。
综上所述，大丝束碳纤维的技术发展对下游产业具有重大意义，那么，为什么我国在最近才突破了这一技术，大丝束碳纤维的制备难点究竟在哪里？
5.大丝束碳纤维的制备难点何在？
1.涉及参数众多，调控困难。有资料表明，大丝束碳纤维在整条生产线中，涉及的参数高达0个以上，涉及凝固、拉升、预氧化、碳化等多个参数的联调，试验周期和试验步骤及其繁琐。
2.原丝起毛严重。大丝束碳纤维很容易发生毛丝现象，导致展纱困难，而展纱的失败会导致纤维与基体的浸润性大打折扣，影响后续的产品性能。
3.国内技术起步较晚。国内最初的战略目标主要为小丝束碳纤维，针对大丝束碳纤维的工艺在年后才开始探索，技术壁垒较高，产品成熟度不够。
6.展望
然而，即使有上述的层层困难，我国已经成功突破了48K大丝束碳纤维的技术瓶颈，未来将会向60K，K的更大丝束的碳纤维发展。
大丝束碳纤维技术对双碳环保的推进是显著的：据分析师预测，年，风电叶片对碳纤维的需求量可达9.4万吨，而价格低廉的大丝束碳纤维无疑是更好的选择。另一方面，碳纤维可用作氢能电池中氢气的储存结构的原材料，到年，全球的氢能源电池用碳纤维将会达到18万吨以上，因此更大丝束的碳纤维的研究一直在持续着。
#碳纤维#
