比钢硬九倍、与口罩同源，这种新材料变成了高速列车头｜工业硬科技记者|侯瑞宁编辑|1“新材料之

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“新材料之王”——碳纤维在中国增添了新的应用场景。
2月11日，界面新闻从中国石化新闻办获悉，近日中国石化上海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。
中国石化提供的数据显示，使用碳纤维复合材料的列车车头罩，性能完全符合运行条件，与同等模块的铝合金材料相比，可减轻重量达35%-40% ，有效助力列车减重提速。
广州地铁18号线是国内第一条时速160公里的全地下市域快线，被誉为粤港澳大湾区最快地铁。担任运营任务的“湾区蓝”列车，是国内首列车头罩采用碳纤维复合材料的地铁列车。
碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料，质量是钢的四分之一，强度是钢的7-9九倍，耐腐蚀，被称为“新材料之王”或者“黑黄金” 。
碳纤维技术壁垒较高，目前只有日本、美国等少数发达国家拥有并掌握，尤其是大丝束碳纤维，大部分依赖进口，长期供不应求。
中国在20世纪六七十年代开始进行碳纤维研究， 2000年起进入发展新阶段， 2007年产能进入飞速发展阶段，先后出现了多家碳纤维生产企业。
目前，国内生产碳纤维的企业，包括中简科技(300777.SZ)、中复神鹰碳纤维股份公司、恒神股份(832397.NQ）、上海石化(600688.SH)、光威复材(300699.SZ)和吉林化纤集团等。
上海石化是国内较早研发碳纤维并进行产业化生产的企业。

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上海石化碳纤维生产车间。图片来源：中国石化
2007年，中国石化开始PAN基碳纤维的研发和产业化攻关工作，由上海石化负责项目建设。 2008年11月，中试装置建成；2009年3月，研制出12K原丝。 1K代表一束碳纤维中有1000根丝， 12K即一束碳纤维中有1.2万根丝。
2012年9月，上海石化碳纤维项目一阶段工程投产，具备年产3000吨聚合物、1500吨原丝、500吨碳纤维的生产能力。该项目采用了国内独有的硫氰酸钠（NaSCN）湿法工艺成套技术，具有自主知识产权。
2021年5月，上海石化年产1000吨碳纤维生产线建成投产。工程二阶段项目正在建设中，达成后整个工程将年产3000吨原丝、1500吨碳纤维。
碳纤维和口罩“同宗同源” ，原料均为石油。
据中石化介绍，石油被开采出来后进入炼厂，经过常减压装置蒸馏处理，从中提取石脑油等组分。将石脑油送到温度为700-900摄氏度的乙烯裂解炉中，将其裂解成丙烯。
当丙烯与氨气、氧气混合，在催化剂作用下，会发生丙烯氨氧化反应，便得到了碳纤维的原料——丙烯腈。丙烯腈单体经过聚合反应，不断连接在一起，形成具有螺旋结构的聚丙烯腈大分子长链。
这些长链卷曲缠绕在一起，形成了聚合物聚丙烯腈。之后在聚丙烯腈中加入特殊溶剂，缠结在一起的大分子链变成流动的纺丝液体。
通过机械剪切和管道输送，这些大分子逐渐有序排列，纺丝液从喷丝板的喷丝孔里高速挤出，在特制的溶液中凝固成型。经过一系列的机械拉伸，形成致密规整的白色原丝。
白色原丝经过氧化、高低温碳化等连续工艺，颜色从白变黄，再从黄变黑，纤维也越变越细，最终形成“黑黄金”碳纤维。
碳纤维按纤维数量不同可分为小丝束和大丝束。一般将丝束数量小于24K的碳纤维称为小丝束， 24K以上的为大丝束。