细如发丝！揭秘用4.8万根纤维“捻成”的“黑黄金”

你知道科幻故事《三体》吗？

片中提到了一种材料

高分子纳米“飞刃”

它如同一根蚕丝，纤细柔软

却具有极高强度

如果将这种材料用于切割物体

将成为世界上最锋利的刀具

在现实生活中是否存在

类似“飞刃”的黑科技呢

小石头想到了同样坚韧无比的

碳纤维

什么是碳纤维？

碳纤维是一种广泛应用于

航天、航空等领域的稀有材料

它细如发丝

比重不到钢的1/4

强度却是钢的7~9倍

且耐腐蚀能力超强

被称为“黑黄金”“新材料之王” 

使用碳纤维材料的运载火箭

不仅能减重

还能降低火箭燃烧的能源

根据测算

火箭重量每减少1公斤

就能少用500千克燃料

同时，火箭的重量越小

它能携带的有效载荷就越多

每多一公斤的有效载荷

也都意味着运载成本的降低

而碳纤维的高强度

不仅能抵抗强宇宙射线的冲击

也能较好避免在太空中材料变形等问题

极恶劣的条件下

也能出色稳定地发挥作用

创新亮相 汇聚世界目光

2021年2月4日，北京2022年冬奥会和冬残奥会火炬——“飞扬”问世，这是全球首次以碳纤维复合材料制作奥运火炬外壳。中国石化全程参与火炬研发制作，还承担了火炬外飘带研制和整个火炬的量产任务。

往届奥运会的火炬外壳燃烧段一般采用金属制作，例如钢、铝合金等，但此次使用中国石化碳纤维复合材料制作的火炬外壳，不仅造型美观、手感舒适，而且与金属材质相比，重量减轻了30%左右，兼具轻、固、美的优点。

碳纤维又强又轻，还兼备纺织纤维的“柔”。

“飞扬”采用了三维编织技术，一条条黑色丝束，每一束都包含着1.2万根碳纤维丝。经过三维立体编织，最终就像“织毛衣”一样织成了火炬外壳，既能够耐高温，又能够耐火，在800摄氏度左右的燃烧环境下都可以正常使用，能够长时间承受火炬燃烧时产生的高温。

这是碳纤维材料首次被用在火炬之上，也是我国自主生产的碳纤维材料的精彩亮相，汇聚了世界的目光。

在车身制造方面，碳纤维的优越性能也大有可为。

2022年年初，中国石化自主研发生产的碳纤维成功应用于广州地铁18号线“湾区蓝”高速列车，“湾区蓝”成为国内首列车头罩采用轻质高强碳纤维复合材料的地铁列车。

2022年11月，上海临港全新一代中运量2号线（T2线）氢动力数字轨道胶轮电车全线试运营，车头罩也由中国石化碳纤维制成。

碳纤维车头罩重量轻，可降低运行过程中的能耗，助力实现绿色交通转型，还能提升续航里程、舒适性和隔音降噪效果。

国产大丝束碳纤维“破炉而出”

用碳纤维做小产品和大产品的难度完全不同。

20世纪60年代，碳纤维被美、日等国广泛应用于国防军工领域，碳纤维产业迎来快速发展期。与此同时，西方国家对我国实行严格的碳纤维技术封锁和产品禁运。面对严峻外部环境，我国科学家并未放弃，大力开展自主创新与研发攻关。

中国石化上海石化联合多所高校、科研院所、企业，走出了一条以企业为主体的“产、学、研、用”相结合的协同创新之路，于2018年取得重大突破，成功开发出48K大丝束碳纤维的聚合、纺丝、氧化炭化成套工艺技术，所生产的碳纤维性能优异并实现低成本化。

2022年10月10日，我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线，在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车，并生产出合格产品，产品性能媲美国外同级别产品，质量达到国际先进水平。

这标志中国石化大丝束碳纤维从关键技术突破、工业试生产、产业化成功走向规模化和关键装备国产化，一举破除我国碳纤维生产和装备受制于人的被动局面，真正实现自主可控。

工程建设领域大显身手

这里是青岛海口路跨风河大桥，这座大桥总长377米，大桥副拱12根吊杆均为碳纤维吊杆，全部采用中国石化48K大丝束碳纤维筋。

碳纤维筋是一种可替代钢筋的新型结构材料，采用了特殊拉挤工艺，由碳纤维与树脂结合制成，具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等优势。

碳纤维筋形似钢筋应用于桥梁工程，可有效解决传统钢索自重大、耐久性差、使用寿命短于桥梁的问题，从而降低桥梁全生命周期维护成本。此外，碳纤维筋还具有超强长期持荷性能，可显著提高桥梁跨越能力。

该桥建成后将成为我国首个应用大丝束碳纤维索锚体系的桥梁工程，将为国产大丝束碳纤维在工程领域的应用积累宝贵经验。

在风电等新能源领域，碳纤维也能大显身手。

风电叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一，其设计、制造及运行状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，素有风力发电机“灵魂”之称。尤其是海上风电叶片，在工作期间，要时刻承受各类海洋不良天气的考验，这对叶片的工作极限强度和疲劳寿命提出了更高要求。

这个轮直径达到260米的叶片，就是我国最新自主研发的风力发电叶片，该叶片用到了碳纤维材料，不仅实现了叶片工作的稳定性，也实现了其结构轻量化，在风力的作用下很容易就转动起来。

这个叶片的扫风面积超过 5.3 万平方米，相当于 7.4 个标准足球场。基于该叶片强大的捕风能力，风电机组年发电量将达6700万千瓦时，能够稳定而又持续地提供电力供大众使用。

我国已经进入高质量发展阶段

化工高端材料对于我国

产业转型升级、提高人民生活质量

意义重大

对于“碳纤维”

你还能想到哪些应用领域？

你还知道哪些“黑科技”材料？

欢迎在评论区留言

一起脑洞大开！

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来源丨国资小新

编辑丨秦阿琪 王典

审核丨高宁 刘江波

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