新型材料碳纖維被稱為“黑黃金”，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于它的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，國內(nèi)長期依賴進(jìn)口。眼下這種局面發(fā)生了改變，中國石化10月13日宣布，我國首條大絲束碳纖維國產(chǎn)線，在上海成功投產(chǎn)，國內(nèi)碳纖維市場(chǎng)迎來新的發(fā)展機(jī)遇。

(資料圖)

我國首條大絲束碳纖維國產(chǎn)線投產(chǎn)

在國內(nèi)首個(gè)萬噸級(jí)大絲束碳纖維項(xiàng)目的生產(chǎn)線上，一根根碳纖維原絲通過噴絲板、氧化爐、碳化爐加工后，從白色變成了黑色碳纖維成品。在碳纖維行業(yè)內(nèi)，通常將每束碳纖維根數(shù)大于4.8萬根的稱為大絲束碳纖維。

中國石化上海石化碳纖維事業(yè)部副總經(jīng)理 李鵬：每一根絲束有4.8萬根纖維 ，每一根纖維只有頭發(fā)絲的1/7到1/8的直徑。

國內(nèi)每束碳纖維基本處于1000根至1.2萬根之間，稱為小絲束。長期以來，我國碳纖維發(fā)展主要是在小絲束碳纖維方面實(shí)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。而大絲束最大的優(yōu)勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)低成本化。

目前中國石化研發(fā)試產(chǎn)的大絲束碳纖維，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度新型纖維材料。它的密度不到鋼的四分之一，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，并且還具有耐腐蝕的特性。整個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃于2024年全部建成投產(chǎn)，每年大絲束碳纖維產(chǎn)能1.2萬噸。

大絲束碳纖維儲(chǔ)氫瓶賽道已來

碳纖維是風(fēng)電、高端裝備制造、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要原材料，其中包括儲(chǔ)氫瓶。

在高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫中，目前已商業(yè)化的高壓氫氣瓶分為四種（根據(jù)儲(chǔ)氫瓶材料不同進(jìn)行劃分），分別為純鋼制金屬瓶（I型）、鋼制內(nèi)膽纖維纏繞瓶（II型）、鋁內(nèi)膽纖維纏繞瓶（III型）和塑料內(nèi)膽纖維纏繞瓶（IV型）四種。

其中：1）I型瓶由金屬鋼組成，是目前四類瓶中重量最大、成本最低、工藝最簡(jiǎn)單的，適用于壓力要求不高的固定應(yīng)用場(chǎng)景；

2）II型瓶采用金屬鋼材質(zhì)，外層纏繞玻璃纖維復(fù)合材料，材料包裹形式為采用箍圈式對(duì)瓶身進(jìn)行包裹。II型瓶由于瓶身上有復(fù)合材料包裹，耐受壓力高于I型瓶，但也多應(yīng)用于固定式能源提供等場(chǎng)景；

3）III型瓶?jī)?nèi)膽為金屬（通常為鋁合金），但厚度較II型瓶有減薄，外部進(jìn)行了全瓶身的碳纖維復(fù)合材料纏繞，包裹形式為兩極鋪設(shè)或螺旋形鋪設(shè)。III型瓶重量輕、抗壓性能好、適用于氫燃料電池汽車等移動(dòng)設(shè)備，目前主要的壓力規(guī)格為35MPa和70MPa兩種，國內(nèi)現(xiàn)階段35MPa已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；

4）IV型瓶?jī)?nèi)膽為塑料，瓶身全纏繞碳纖維復(fù)合材料，包裹采用兩極鋪設(shè)和螺旋形鋪設(shè)混合的形式。IV型瓶瓶壁厚度略薄于III型瓶，儲(chǔ)氣壓力則與之一致，主要包括35MPa和70MPa兩種規(guī)格型號(hào)，目前國外已投入商業(yè)化運(yùn)用，如日本豐田的Mirai與韓國現(xiàn)代的Nexo均采用了IV型瓶，但國內(nèi)技術(shù)仍有欠缺，尚未達(dá)到量產(chǎn)條件。IV型瓶也主要應(yīng)用于氫燃料車等移動(dòng)場(chǎng)景。

5）除此之外，目前國外正在研究V型儲(chǔ)氫瓶但尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，該氣瓶仍然使用碳纖維復(fù)合材料纏繞，但不使用任何內(nèi)膽，國內(nèi)針對(duì)V型瓶的研究仍是空白。

國內(nèi)儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)逐漸向III型70Mpa和IV型70MPa過渡。無論哪一個(gè)類型，碳纖維復(fù)合材料纏繞都是重中之重，是儲(chǔ)氫瓶制造的關(guān)鍵原材料，其成本和性能對(duì)儲(chǔ)氫瓶的成本和使用性能影響重大。根據(jù)美國能源局（DOE）的研究成果，碳纖維復(fù)合材料的成本占到儲(chǔ)氫瓶成本的60%以上。

當(dāng)前國內(nèi)儲(chǔ)氫瓶的平均售價(jià)在2-3萬元/支，對(duì)應(yīng)單套車載供氫系統(tǒng)的成本在20萬上下，后續(xù)降本空間充足，降本主要是從材料替換等方面來實(shí)現(xiàn)。在關(guān)鍵材料碳纖維方面，目前日本、韓國等成熟的氫燃料電池車型中已經(jīng)用上了大絲束碳纖維，而國內(nèi)儲(chǔ)氫瓶市場(chǎng)中T700級(jí)小絲束碳纖維仍占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)，此次中石化國產(chǎn)大絲束性能的逐步提升以及配套研究的持續(xù)突破，使得大絲束有望在儲(chǔ)氫瓶這一細(xì)分場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)對(duì)小絲束的部分或全面替代，帶動(dòng)儲(chǔ)氫瓶綜合成本的下降。(央視財(cái)經(jīng)等)

來源：國際能源網(wǎng)/氫能匯

關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料 中國石化