讓“黑黃金”碳纖維變身冬奧火炬,背后是上海石化的央企擔當,是心懷“國之大者”,不斷創新、追求卓越的一曲長歌。
點亮冬奧當仁不讓
那是2018年的一天,上海石化迎來一個特殊的訪問團,其中有一些體育界人士。當時,上海石化副總經理、碳纖維專家黃翔宇向訪問團介紹公司情況時,特別提到了碳纖維。這種材料對于體育界人士而言,并不陌生,在體育訓練器械上碳纖維已廣泛應用,如高爾夫球桿、網球拍、羽毛球拍、撐桿跳的撐桿、自行車等等。
其間,黃翔宇無意間說了一句“碳纖維也能做奧運火炬,而且更輕、更牢固”。也許,就是當時這么不經意的一句話為后來的故事埋下了伏筆。
兩年后,當北京冬奧組委向全社會征集火炬的外觀設計方案,他們第一時間想到了上海石化的碳纖維技術。這是一項只許成功不能失敗的重任。當意見征詢時,身為中央企業的上海石化,沒有片刻猶豫:即使時間再緊,我們不僅行,而且一定要干好,能干好!
碳纖維應用到火炬外殼的研制,在奧運會歷史上也是首次。“中國石化集團上下高度重視,黨組領導多次作出指示:一定要造出一把高科技含量的冬奧火炬,展示中國石化科技創新實力,展現中國石化講政治、顧大局、負責任的企業形象。”黃翔宇說。
將一根根碳纖維變成火炬外殼,并非一件易事。譬如,“飛揚”火炬不僅形狀飄逸,還分為內飄帶和外飄帶。如何能使碳纖維火炬外殼接受異形挑戰和高溫考驗,同時還要讓火炬有充足的燃料空間?
一場協同攻關戰悄然打響。三維編織、耐高溫碳纖維復合材料研發、燃燒系統研發,經東華大學、云路復材、庫貝化學以及航天科技、航天科工集團等多方協作,最終形成了從碳纖維生產、復合材料制備到產品終端應用的一站式解決方案。
例如,用碳纖維做火炬又輕又堅固,與以往的鋁合金材質比,可保證火炬在冬季低溫傳遞時有更好的手感。但碳纖維本身并不耐高溫,更不耐火燒,面對這一問題,上海石化與中核集團核八所攜手攻關,引入高性能樹脂,與碳纖維一起做成碳纖維復合材料,最后通過工藝調整,把火炬上半段燃燒端在1000攝氏度以上的高溫中進行特殊處理,有效解決了在高溫制備過程中火炬外殼起泡、開裂等難題,實現了火炬在燃燒溫度大于800攝氏度氫氣燃燒環境下正常使用。
最終,一個可抗10級大風和暴雨、能在極寒天氣中使用的輕量化、小型化碳纖維復合材料火炬呈現在世人面前。上海石化按期保質保量完成了1200支冬奧火炬、600支冬殘奧會火炬的生產任務。
北京2022年冬奧會火炬“飛揚”
底氣源自實力
從碳纖維到冬奧“飛揚”火炬,自然不易。然而,如果沒有上海石化的碳纖維,可能就不會有冬奧“飛揚”的創意,沒有對碳纖維技術的掌握,上海石化也不會有接到任務時的那份底氣。
2007年,中國石化決策部署PAN(聚丙烯腈)基碳纖維的研發和產業化攻關,并把這項任務交予上海石化,一道看似難以逾越的大門被漸漸撞開。
上海石化碳纖維生產線
隨后,上海石化與上海石油化工研究院、上海工程公司、復旦大學等數十家科研院所、高校、企業等一起協同攻關,將基礎理論研究與工程化技術開發進行無縫對接。
2008年11月,建成中試裝置。2009年3月,成功研制出12k(由1.2萬根碳纖維絲組成,稱為小絲束)原絲。試驗成功后,上海石化便采用自行開發的國內獨有的NASCN(硫氰酸鈉)濕法工藝,以及具有自主知識產權的成套技術,著手進行3000噸/年原絲、1500噸/年碳纖維項目建設。2012年9月,項目一階段工程建成投產,形成了500噸/年12k碳纖維的工業化生產能力。
值得一提的是,獨特的NASCN濕法原絲工藝,使生產的碳纖維具有優異的表面結構和界面性能,可顯著增強碳纖維與樹脂的復合能力,提升碳纖維及其復合材料性能。
打造高端制造增長極
按照國家對新材料的戰略需求和上海建設全球科技創新中心的要求,上海石化全力以赴做強碳纖維及其復合材料業務,除成功應用于冬奧火炬碳纖維外殼外,高速地鐵列車碳纖維車頭罩、氫氣瓶碳纖維纏繞等高科技領域也閃耀著上海石化的身影。
作為上海市重大工程項目的上海石化“2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年48k大絲束碳纖維”項目正在加緊建設,計劃到2022年底,建成3條大絲束碳纖維生產線,年產能6000噸;至2024年全部完成,年產能1.2萬噸。
截至目前,上海石化申請碳纖維相關專利274項、授權165項,碳纖維相關專利申請數排名全國第一、全球第三,是國內第一家、全球第四家掌握大絲束碳纖維技術的企業。
上海石化全力以赴做強碳纖維及其復合材料業務