中國高性能碳纖維技術打破國際長期壟斷

    陳惠芳教授與她的團隊積極探索科技創(chuàng)新。 受訪者供圖。

一根僅有頭發(fā)絲十分之一粗細的高性能碳纖維，拉伸強度是鋼的7至9倍，而比重僅有鋼的四分之一；在幾千度的高溫下，別的纖維早已化為灰燼，它卻紋絲不動，這種神奇的纖維，已成為當今航空航天、國防軍用、建筑、交通、體育休閑等領域的“香餑餑”。

東華大學材料學院陳惠芳科研團隊聯合中復神鷹碳纖維有限責任公司完成的“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業(yè)化關鍵技術及應用”項目，8日獲得2017年度國家科技進步一等獎。

陳惠芳教授帶領團隊開展研究。 受訪者供圖。

該項目突破干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業(yè)化關鍵技術，實現了國產碳纖維的批量供應，填補了國內以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產技術的空白，打破了國外高性能碳纖維企業(yè)在中國市場的長期壟斷。

中國碳纖維市場長期處于進口產品壟斷狀態(tài)，高昂的進口價格和嚴苛的技術封鎖嚴重制約著中國碳纖維的發(fā)展。

從1982年畢業(yè)留校工作至今，陳惠芳數十年如一日，全身心投入到高性能碳纖維研究這件事上去。她將目光投向了干噴濕紡工藝，這一被認為是今后碳纖維生產的主流工藝，但也是碳纖維行業(yè)公認的難以突破的紡絲技術，目前在國際上僅有日本的個別公司掌握這一工藝。

研究初期硬件條件有限，陳惠芳和團隊成員利用一臺廢舊的單絲強力儀的螺桿改造出一臺單孔紡絲機，便在這臺看似簡易的紡絲機上開始摸索實踐干噴濕紡技術。為了實現干噴濕紡工藝中的高倍拉伸，團隊還自行設計、研制了高壓蒸汽拉伸機，為了達到最優(yōu)的實驗結果，對機器也是不斷地調整革新，光是高壓蒸汽拉伸機就革新了四代。

通過不斷摸索、反復試驗，陳惠芳科研團隊與合作企業(yè)終于突破這種制備高性能碳纖維的先進技術。這一關鍵技術的突破使得紡絲速度變?yōu)閭鹘y濕法紡絲的5倍，而同時開發(fā)出的干噴濕紡原絲快速預氧化技術，也大大提高了生產效率。

取得干噴濕紡關鍵技術突破后，研究團隊開發(fā)了均質聚合系統、高效環(huán)保脫單、穩(wěn)定干噴濕紡、節(jié)能預氧化的成套技術，最終中國首個采用干噴濕紡工藝的千噸級碳纖維生產線正式投產，制備出能與國際同類產品性能相當的碳纖維產品。

如今，隨著技術的不斷革新改進，該條生產線每年能生產近5000噸原絲和2000噸碳絲，產品實現了產業(yè)化并批量供應市場，極大促進了中國碳纖維復合材料產業(yè)的發(fā)展。

“我們做的只是實驗室的一件小事，在實驗室把基礎理論研究做通做透，攻克技術難題，高性能碳纖維產業(yè)化的大事要交給企業(yè)去完成，去給社會創(chuàng)造更大效益！”陳惠芳說自己只是做了科研人員該做的事，從實驗室到市場的“最后一公里”需要有擔當有實力的企業(yè)去打通。而在此次國家科技進步獎評審的答辯中，項目第一完成單位、中復神鷹碳纖維有限責任公司的董事長張國良則把這份榮譽歸功給了學校：“企業(yè)產業(yè)化的突破離不開東華大學老師們的基礎理論研究和技術攻克。”

在關鍵技術產業(yè)化的過程中，陳惠芳帶著科研團隊經常往返于上海、連云港兩地，在連云港企業(yè)車間的生產線上緊盯每一道工序。從實驗室的技術突破到產品工業(yè)化還是有區(qū)別的，一些實驗室里的小問題一旦擺到生產線上就會被放大。整個碳纖維的生產，從前到后，中間控制的有三千多個工藝點，每一個工藝點都要進行嚴格穩(wěn)定的控制，哪個工藝點參數發(fā)生了變動，碳纖維質量馬上就不行了。陳惠芳科研團隊和企業(yè)工作人員協同合作，不斷調試方案和關鍵技術，一旦發(fā)現問題就地解決。

雖然科研過程中難免遇到不少“攔路虎”，但是天性樂觀的陳惠芳始終堅信一定能夠啃下高性能碳纖維研制這塊“硬骨頭”。陳惠芳表示，未來高性能碳纖維在大飛機、新能源汽車等領域都有著很大的應用前景，她和她的團隊對高性能碳纖維的研究不會止步，而高性能碳纖維要實現完全自主國產化依舊需要不斷地技術攻關，她希望能用畢生精力去圓她的中國夢——讓中國高性能碳纖維更“強”。（中新網上海1月8日電  許婧 朱一超）