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【打卡中國新坐標(biāo)】細(xì)如發(fā)絲卻比鋼強(qiáng)!中國強(qiáng)度摘下“材料皇冠上的明珠”

時(shí)間:2023-08-29   訪問量:967   來源:http://www.chinanews.com.cn/cj/2023/08-29/10069155.shtml

  中新網(wǎng)西寧8月29日電(記者 宋宇晟)飛機(jī)、風(fēng)力發(fā)電葉片、斜拉索大橋、專業(yè)自行車、羽毛球拍……這些看似毫無關(guān)聯(lián)的東西,其實(shí)都會(huì)用到同一種新材料——碳纖維。

  這種優(yōu)質(zhì)材料背后有著復(fù)雜的技術(shù)工藝。攻克核心技術(shù),沒有竅門和近路。面對(duì)國外技術(shù)封鎖,為摘下碳纖維這顆“材料皇冠上的明珠”,中國人經(jīng)歷了艱難的研發(fā)歷程。

  “材料皇冠上的明珠”

  “碳纖維是一種神奇的材料?!痹谥袊ú募瘓F(tuán)中復(fù)神鷹黨委書記、副總經(jīng)理羅皞宇看來,材料是制造業(yè)的基礎(chǔ),而碳纖維相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、風(fēng)電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域,其重要性不言而喻。

  之所以應(yīng)用如此廣泛,與碳纖維的特性有關(guān)。

圖為碳纖維耐高溫實(shí)驗(yàn)。李太源 攝

  碳纖維具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,密度比鋁低,強(qiáng)度比鋼高,比不銹鋼耐腐蝕,是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高比強(qiáng)度和最高比模量的纖維。

  一束1米長的SYT65(T1000級(jí))碳纖維,重量只有0.5克,但其強(qiáng)度可以承擔(dān)500公斤左右的力量。手指粗的一束碳纖維,就可以拉動(dòng)兩架飛機(jī)。

圖為碳纖維在王水中的腐蝕試驗(yàn)。碳纖維(左)在王水中沒有任何反應(yīng),鐵絲(右)有腐蝕反應(yīng)。李太源 攝

  此外,用碳纖維制作的超輕自行車車架,僅用兩根手指就可抬起;即便將碳纖維放入具有強(qiáng)腐蝕性的“王水”中也是“波瀾不驚”,肉眼難以觀察到明顯反應(yīng)。

圖為超輕碳纖維自行車架,女孩子兩指可以抬起。李太源 攝

  與如此優(yōu)質(zhì)特性對(duì)應(yīng)的,是碳纖維復(fù)雜的生產(chǎn)工藝流程。

  公開資料顯示,生產(chǎn)碳纖維要經(jīng)過上百道工序,三百多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、三千多個(gè)工藝參數(shù),經(jīng)過十多個(gè)系統(tǒng)的集成才能制作完成。因此,碳纖維也被稱為“材料皇冠上的明珠”。

視頻:打破國外封鎖!一束就能拉動(dòng)2架飛機(jī)的碳纖維有多強(qiáng)?來源:中國新聞網(wǎng)

  “一天‘燒’掉一輛桑塔納”

  為摘下這顆“材料皇冠上的明珠”,研究人員經(jīng)歷了艱難的研發(fā)過程。

  我國碳纖維研發(fā)始于20世紀(jì)60年代初,但關(guān)鍵核心技術(shù)卻多年未能取得突破,導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)品嚴(yán)重依賴進(jìn)口。

  另一方面,掌握核心技術(shù)的“碳纖維強(qiáng)國”,對(duì)我國需要的碳纖維實(shí)行“技術(shù)、裝備、產(chǎn)品”三封鎖。中國研發(fā)人員只好“另辟蹊徑”。

  2005年9月,中復(fù)神鷹正式啟動(dòng)碳纖維項(xiàng)目,此后相繼攻克了高溫牽伸機(jī)、濕法紡絲工藝百噸線、千噸線原絲制備和碳化工藝等全流程的關(guān)鍵技術(shù)。2007年,中復(fù)神鷹產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的第一批碳纖維下線;2008年其建成了千噸SYT35(T300級(jí))碳纖維生產(chǎn)線。

  2006年-2012年,中復(fù)神鷹主要從事濕法工藝T300碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn),建成千噸 SYT35(T300級(jí))碳纖維生產(chǎn)線,并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。

  然而,從T300碳纖維“升級(jí)”到SYT65(T1000級(jí))碳纖維,卻遠(yuǎn)不如想象中的容易。甚至,企業(yè)在研發(fā)高潮階段“每天‘燒’掉一輛桑塔納”。

  中國建材中復(fù)神鷹西寧公司總經(jīng)理連峰告訴記者,在此期間,公司每年投入都達(dá)到“大幾十萬”。“因?yàn)榍捌谕度氪罅康难邪l(fā)費(fèi)用,又沒有新的產(chǎn)品,所以這是我們發(fā)展‘最黑暗的時(shí)期’,每天都在虧損?!?/p>

  經(jīng)過無數(shù)次失敗,2008年,中復(fù)神鷹千噸碳纖維生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。2012年,中復(fù)神鷹首個(gè)干噴濕紡千噸級(jí)T700生產(chǎn)線建成投產(chǎn),成為當(dāng)時(shí)國內(nèi)最大、技術(shù)最先進(jìn)的高端碳纖維生產(chǎn)線。2018年,中復(fù)神鷹牽頭完成的“干噴濕紡千噸級(jí)高強(qiáng)/百噸級(jí)中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

  中國人用世界上先進(jìn)的干噴濕紡技術(shù),成功做出了“中國碳纖維”。

圖為碳纖維生產(chǎn)線。李太源 攝

  “一家創(chuàng)新”帶動(dòng)“N家更新”

  “現(xiàn)在說出來十分輕松,但當(dāng)時(shí)真的是太難了?!敝袕?fù)神鷹董事長張國良曾這樣感慨。

  “比如,紡絲液要經(jīng)過空氣層,這個(gè)環(huán)節(jié)最難的地方在于,如何在那么短暫的時(shí)間里把紡絲液細(xì)流快速從水里拉過去。紡絲液進(jìn)入水中后,本身沒有強(qiáng)度,但又需要以很快的速度朝前拉,而且要馬上形成強(qiáng)度。該怎么辦?得靠溫度。光是試這個(gè)溫度,我們當(dāng)時(shí)就試了無數(shù)次,最后才終于試成功了。再比如紡絲速度,干噴濕紡工藝下,意味著我們要把紡速從此前的70米/分鐘-80米/分鐘,一下子提高到400米/分鐘,這個(gè)技術(shù)難度更是可想而知。可以說,這個(gè)工藝的理論模型,我們就是這樣一步步總結(jié)、一點(diǎn)點(diǎn)建立起來的?!彼f。

  從最初技術(shù)上的逐步嘗試,到如今萬噸碳纖維基地已投產(chǎn)。原材料企業(yè)攻克核心技術(shù),下游各類生產(chǎn)企業(yè)就能拿著新材料做新產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了“一家創(chuàng)新”帶動(dòng)“N家更新”。

  2021年9月,位于青海西寧的中復(fù)神鷹西寧萬噸碳纖維基地投產(chǎn),這也是全球海拔最高的高性能碳纖維生產(chǎn)基地;全面投產(chǎn)后,該基地成為全球唯一一個(gè)規(guī)模超過2萬噸的高性能碳纖維生產(chǎn)基地。

圖為碳纖維成品。李太源 攝

  連峰直言,“這既是我們響應(yīng)市場(chǎng)需求,也是集團(tuán)在新材料領(lǐng)域的戰(zhàn)略部署,就是要做大做強(qiáng)新材料產(chǎn)業(yè)鏈。”

  他介紹,目前該基地主要生產(chǎn)T700、T800、T1000一系列級(jí)別的產(chǎn)品?!霸谶@些產(chǎn)品大量供應(yīng)市場(chǎng)后,能夠進(jìn)一步滿足國內(nèi)航空航天、風(fēng)、光、氫、新能源等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用,同時(shí)也保障了我們國家碳纖維的自主生產(chǎn)能力,實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵領(lǐng)域材料的國產(chǎn)化?!?/p>

  據(jù)了解,目前,中復(fù)神鷹連云港總部已實(shí)現(xiàn)T1100級(jí)碳纖維的成功制備。(完)

【編輯:程春雨】

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