细如发丝却比钢强！中国强度摘下“材料皇冠上的明珠”

中新网西宁8月29日电(记者 宋宇晟)飞机、风力发电叶片、斜拉索大桥、专业自行车、羽毛球拍……这些看似毫无关联的东西，其实都会用到同一种新材料——碳纤维。

这种优质材料背后有着复杂的技术工艺。攻克核心技术，没有窍门和近路。面对国外技术封锁，为摘下碳纤维这颗“材料皇冠上的明珠”，中国人经历了艰难的研发历程。

(相关资料图)

“材料皇冠上的明珠”

“碳纤维是一种神奇的材料。”在中国建材集团中复神鹰党委书记、副总经理罗皞宇看来，材料是制造业的基础，而碳纤维相关产品广泛应用于航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳/碳复合材料、交通建设等领域，其重要性不言而喻。

之所以应用如此广泛，与碳纤维的特性有关。

图为碳纤维耐高温实验。李太源 摄

碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低，强度比钢高，比不锈钢耐腐蚀，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维。

一束1米长的SYT65(T1000级)碳纤维，重量只有0.5克，但其强度可以承担500公斤左右的力量。手指粗的一束碳纤维，就可以拉动两架飞机。

图为碳纤维在王水中的腐蚀试验。碳纤维(左)在王水中没有任何反应，铁丝(右)有腐蚀反应。李太源 摄

此外，用碳纤维制作的超轻自行车车架，仅用两根手指就可抬起；即便将碳纤维放入具有强腐蚀性的“王水”中也是“波澜不惊”，肉眼难以观察到明显反应。

图为超轻碳纤维自行车架，女孩子两指可以抬起。李太源 摄

与如此优质特性对应的，是碳纤维复杂的生产工艺流程。

公开资料显示，生产碳纤维要经过上百道工序，三百多项关键技术、三千多个工艺参数，经过十多个系统的集成才能制作完成。因此，碳纤维也被称为“材料皇冠上的明珠”。

“一天‘烧’掉一辆桑塔纳”

为摘下这颗“材料皇冠上的明珠”，研究人员经历了艰难的研发过程。

我国碳纤维研发始于20世纪60年代初，但关键核心技术却多年未能取得突破，导致相关产品严重依赖进口。

另一方面，掌握核心技术的“碳纤维强国”，对我国需要的碳纤维实行“技术、装备、产品”三封锁。中国研发人员只好“另辟蹊径”。

2005年9月，中复神鹰正式启动碳纤维项目，此后相继攻克了高温牵伸机、湿法纺丝工艺百吨线、千吨线原丝制备和碳化工艺等全流程的关键技术。2007年，中复神鹰产业化生产的第一批碳纤维下线；2008年其建成了千吨SYT35(T300级)碳纤维生产线。

2006年-2012年，中复神鹰主要从事湿法工艺T300碳纤维的研发和生产，建成千吨 SYT35(T300级)碳纤维生产线，并实现稳定生产。

然而，从T300碳纤维“升级”到SYT65(T1000级)碳纤维，却远不如想象中的容易。甚至，企业在研发高潮阶段“每天‘烧’掉一辆桑塔纳”。

中国建材中复神鹰西宁公司总经理连峰告诉记者，在此期间，公司每天投入都达到“大几十万”。“因为前期投入大量的研发费用，又没有新的产品，所以这是我们发展‘最黑暗的时期’，每天都在亏损。”

经过无数次失败，2008年，中复神鹰千吨碳纤维生产线正式投产。2012年，中复神鹰首个干喷湿纺千吨级T700生产线建成投产，成为当时国内最大、技术最先进的高端碳纤维生产线。2018年，中复神鹰牵头完成的“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”项目荣获国家科技进步一等奖。

中国人用世界上先进的干喷湿纺技术，成功做出了“中国碳纤维”。

图为碳纤维生产线。李太源 摄

“一家创新”带动“N家更新”

“现在说出来十分轻松，但当时真的是太难了。”中复神鹰董事长张国良曾这样感慨。

“比如，纺丝液要经过空气层，这个环节最难的地方在于，如何在那么短暂的时间里把纺丝液细流快速从水里拉过去。纺丝液进入水中后，本身没有强度，但又需要以很快的速度朝前拉，而且要马上形成强度。该怎么办？得靠温度。光是试这个温度，我们当时就试了无数次，最后才终于试成功了。再比如纺丝速度，干喷湿纺工艺下，意味着我们要把纺速从此前的70米/分钟-80米/分钟，一下子提高到400米/分钟，这个技术难度更是可想而知。可以说，这个工艺的理论模型，我们就是这样一步步总结、一点点建立起来的。”他说。

从最初技术上的逐步尝试，到如今万吨碳纤维基地已投产。原材料企业攻克核心技术，下游各类生产企业就能拿着新材料做新产品，实现了“一家创新”带动“N家更新”。

2021年9月，位于青海西宁的中复神鹰西宁万吨碳纤维基地投产，这也是全球海拔最高的高性能碳纤维生产基地；全面投产后，该基地成为全球唯一一个规模超过2万吨的高性能碳纤维生产基地。

图为碳纤维成品。李太源 摄

连峰直言，“这既是我们响应市场需求，也是集团在新材料领域的战略部署，就是要做大做强新材料产业链。”

他介绍，目前该基地主要生产T700、T800、T1000一系列级别的产品。“在这些产品大量供应市场后，能够进一步满足国内航空航天、风、光、氢、新能源等诸多领域的应用，同时也保障了我们国家碳纤维的自主生产能力，实现了关键领域材料的国产化。”

据了解，目前，中复神鹰连云港总部已实现T1100级碳纤维的成功制备。(完)