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新。 受訪者供圖。

一根僅有頭髮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、建築、交通、體育休閒等領域的“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“幹噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維産業化關鍵技術及應用”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。

該項目突破幹噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維産業化關鍵技術，實現了國産碳纖維的批量供應，填補了國內以幹噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生産技術的空白，打破了國外高性能碳纖維企業在中國市場的長期壟斷。

中國碳纖維市場長期處於進口産品壟斷狀態，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展。

從1982年畢業留校工作至今，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。她將目光投向了幹噴濕紡工藝，這一被認為是今後碳纖維生産的主流工藝，但也是碳纖維行業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。

研究初期硬體條件有限，陳惠芳和團隊成員利用一台廢舊的單絲強力儀的螺桿改造出一台單孔紡絲機，便在這臺看似簡易的紡絲機上開始摸索實踐幹噴濕紡技術。為了實現幹噴濕紡工藝中的高倍拉伸，團隊還自行設計、研製了高壓蒸汽拉伸機，為了達到最優的實驗結果，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終於突破這種製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為傳統濕法紡絲的5倍，而同時開發出的幹噴濕紡原絲快速預氧化技術，也大大提高了生産效率。

取得幹噴濕紡關鍵技術突破後，研究團隊開發了均質聚合系統、高效環保脫單、穩定幹噴濕紡、節能預氧化的成套技術，最終中國首個採用幹噴濕紡工藝的千噸級碳纖維生産線正式投産，製備出能與國際同類産品性能相當的碳纖維産品。

如今，隨著技術的不斷革新改進，該條生産線每年能生産近5000噸原絲和2000噸碳絲，産品實現了産業化並批量供應市場，極大促進了中國碳纖維複合材料産業的發展。

“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，高性能碳纖維産業化的大事要交給企業去完成，去給社會創造更大效益！”陳惠芳説自己只是做了科研人員該做的事，從實驗室到市場的“最後一公里”需要有擔當有實力的企業去打通。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：“企業産業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。”

在關鍵技術産業化的過程中，陳惠芳帶著科研團隊經常往返于上海、連雲港兩地，在連雲港企業車間的生産線上緊盯每一道工序。從實驗室的技術突破到産品工業化還是有區別的，一些實驗室裏的小問題一旦擺到生産線上就會被放大。整個碳纖維的生産，從前到後，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定的控制，哪個工藝點參數發生了變動，碳纖維品質馬上就不行了。陳惠芳科研團隊和企業工作人員協同合作，不斷調試方案和關鍵技術，一旦發現問題就地解決。

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製這塊“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産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）