中國(guó)高性能碳纖維技術(shù)打破國(guó)際長(zhǎng)期壟斷

    陳惠芳教授與她的團(tuán)隊(duì)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(xì)的高性能碳纖維，拉伸強(qiáng)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(dòng)，這種神奇的纖維，已成為當(dāng)今航空航天、國(guó)防軍用、建筑、交通、體育休閑等領(lǐng)域的“香餑餑”。

東華大學(xué)材料學(xué)院陳惠芳科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司完成的“干噴濕紡千噸級(jí)高強(qiáng)/百?lài)嵓?jí)中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，8日獲得2017年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

陳惠芳教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展研究。 受訪者供圖。

該項(xiàng)目突破干噴濕紡千噸級(jí)高強(qiáng)/百?lài)嵓?jí)中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)碳纖維的批量供應(yīng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的空白，打破了國(guó)外高性能碳纖維企業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)的長(zhǎng)期壟斷。

中國(guó)碳纖維市場(chǎng)長(zhǎng)期處于進(jìn)口產(chǎn)品壟斷狀態(tài)，高昂的進(jìn)口價(jià)格和嚴(yán)苛的技術(shù)封鎖嚴(yán)重制約著中國(guó)碳纖維的發(fā)展。

從1982年畢業(yè)留校工作至今，陳惠芳數(shù)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(rèn)為是今后碳纖維生產(chǎn)的主流工藝，但也是碳纖維行業(yè)公認(rèn)的難以突破的紡絲技術(shù)，目前在國(guó)際上僅有日本的個(gè)別公司掌握這一工藝。

研究初期硬件條件有限，陳惠芳和團(tuán)隊(duì)成員利用一臺(tái)廢舊的單絲強(qiáng)力儀的螺桿改造出一臺(tái)單孔紡絲機(jī)，便在這臺(tái)看似簡(jiǎn)易的紡絲機(jī)上開(kāi)始摸索實(shí)踐干噴濕紡技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)干噴濕紡工藝中的高倍拉伸，團(tuán)隊(duì)還自行設(shè)計(jì)、研制了高壓蒸汽拉伸機(jī)，為了達(dá)到最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)機(jī)器也是不斷地調(diào)整革新，光是高壓蒸汽拉伸機(jī)就革新了四代。

通過(guò)不斷摸索、反復(fù)試驗(yàn)，陳惠芳科研團(tuán)隊(duì)與合作企業(yè)終于突破這種制備高性能碳纖維的先進(jìn)技術(shù)。這一關(guān)鍵技術(shù)的突破使得紡絲速度變?yōu)閭鹘y(tǒng)濕法紡絲的5倍，而同時(shí)開(kāi)發(fā)出的干噴濕紡原絲快速預(yù)氧化技術(shù)，也大大提高了生產(chǎn)效率。

取得干噴濕紡關(guān)鍵技術(shù)突破后，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了均質(zhì)聚合系統(tǒng)、高效環(huán)保脫單、穩(wěn)定干噴濕紡、節(jié)能預(yù)氧化的成套技術(shù)，最終中國(guó)首個(gè)采用干噴濕紡工藝的千噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線(xiàn)正式投產(chǎn)，制備出能與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品性能相當(dāng)?shù)奶祭w維產(chǎn)品。

如今，隨著技術(shù)的不斷革新改進(jìn)，該條生產(chǎn)線(xiàn)每年能生產(chǎn)近5000噸原絲和2000噸碳絲，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化并批量供應(yīng)市場(chǎng)，極大促進(jìn)了中國(guó)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

“我們做的只是實(shí)驗(yàn)室的一件小事，在實(shí)驗(yàn)室把基礎(chǔ)理論研究做通做透，攻克技術(shù)難題，高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化的大事要交給企業(yè)去完成，去給社會(huì)創(chuàng)造更大效益！”陳惠芳說(shuō)自己只是做了科研人員該做的事，從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的“最后一公里”需要有擔(dān)當(dāng)有實(shí)力的企業(yè)去打通。而在此次國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)審的答辯中，項(xiàng)目第一完成單位、中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司的董事長(zhǎng)張國(guó)良則把這份榮譽(yù)歸功給了學(xué)校：“企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的突破離不開(kāi)東華大學(xué)老師們的基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)攻克。”

在關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中，陳惠芳帶著科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)常往返于上海、連云港兩地，在連云港企業(yè)車(chē)間的生產(chǎn)線(xiàn)上緊盯每一道工序。從實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)突破到產(chǎn)品工業(yè)化還是有區(qū)別的，一些實(shí)驗(yàn)室里的小問(wèn)題一旦擺到生產(chǎn)線(xiàn)上就會(huì)被放大。整個(gè)碳纖維的生產(chǎn)，從前到后，中間控制的有三千多個(gè)工藝點(diǎn)，每一個(gè)工藝點(diǎn)都要進(jìn)行嚴(yán)格穩(wěn)定的控制，哪個(gè)工藝點(diǎn)參數(shù)發(fā)生了變動(dòng)，碳纖維質(zhì)量馬上就不行了。陳惠芳科研團(tuán)隊(duì)和企業(yè)工作人員協(xié)同合作，不斷調(diào)試方案和關(guān)鍵技術(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就地解決。

雖然科研過(guò)程中難免遇到不少“攔路虎”，但是天性樂(lè)觀的陳惠芳始終堅(jiān)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(lái)高性能碳纖維在大飛機(jī)、新能源汽車(chē)等領(lǐng)域都有著很大的應(yīng)用前景，她和她的團(tuán)隊(duì)對(duì)高性能碳纖維的研究不會(huì)止步，而高性能碳纖維要實(shí)現(xiàn)完全自主國(guó)產(chǎn)化依舊需要不斷地技術(shù)攻關(guān)，她希望能用畢生精力去圓她的中國(guó)夢(mèng)——讓中國(guó)高性能碳纖維更“強(qiáng)”。（中新網(wǎng)上海1月8日電  許婧 朱一超）