直徑不足頭發(fā)絲的十分之一，強(qiáng)度卻達(dá)到鋼的5倍以上——這種被稱為“新材料之王”的高性能碳纖維，曾長期被國外壟斷。如今，在山西大同的一條智能化生產(chǎn)線上，國產(chǎn)T1000級碳纖維正被源源不斷地生產(chǎn)出來。
1月10日，記者現(xiàn)場見證了該材料的“變身”：丙烯腈原料在反應(yīng)釜中先聚合成膠狀原液，再經(jīng)由擁有幾千個微孔的噴絲板擠出，形成潔白纖細(xì)的原絲；隨后，絲束在自動化產(chǎn)線上平穩(wěn)運(yùn)行，歷經(jīng)氧化、碳化等工序，顏色由乳白漸變?yōu)榻瘘S、深褐，最終成為烏黑發(fā)亮的T1000級碳纖維。
這條由中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所與山西華陽碳材科技有限公司共建的生產(chǎn)線，已于2025年9月產(chǎn)出合格產(chǎn)品，并于同年11月正式投產(chǎn)，標(biāo)志著我國高性能碳纖維的規(guī)?；慨a(chǎn)取得關(guān)鍵突破。
突破封鎖，煉成“黑色黃金”
碳纖維是一種含碳量超過90%的高強(qiáng)度纖維材料。它比重比鋁輕，強(qiáng)度卻是鋼的5—7倍，在新材料領(lǐng)域素有“黑色黃金”之稱，是航空航天等高端裝備不可或缺的戰(zhàn)略材料。
“T1000級碳纖維是領(lǐng)域內(nèi)的高端產(chǎn)品，長期面臨日、美等技術(shù)封鎖與產(chǎn)品禁運(yùn)。由于我國過去未能掌握穩(wěn)定的規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，這在相當(dāng)程度上制約了相關(guān)高端裝備的發(fā)展?！敝袊茖W(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員張壽春告訴記者。
在完成濕法工藝T300、T700、T800級碳纖維的研制任務(wù)后，2016年，張壽春團(tuán)隊開始向T1000級碳纖維進(jìn)軍?！懊恳徊蕉际恰^過河’，但新一代自主技術(shù)的研發(fā)必須大步向前，絕不能退縮。”張壽春說，經(jīng)過8年多不懈攻關(guān)，團(tuán)隊在激烈的國際競爭中，走出了一條獨(dú)特的高端化發(fā)展路徑。
“我們研制的T1000級碳纖維，不僅強(qiáng)度達(dá)到世界一流水平，還通過獨(dú)特的原料配方和干噴濕紡工藝，避免抗壓性能下降，解決了‘強(qiáng)而不韌’問題?！睆垑鄞航榻B，“我們的技術(shù)能夠生產(chǎn)出性能更均衡的碳纖維，綜合優(yōu)勢明顯。”
在實驗室的對比測試中，實驗人員將頭發(fā)絲與碳纖維單絲并置觀察。數(shù)據(jù)顯示，他們研制的T1000級碳纖維單絲直徑還不到人頭發(fā)絲直徑的十分之一。而在拉力測試中，該碳纖維的抗拉強(qiáng)度超過6600兆帕?！斑@意味著，一根1米長的碳纖維，就能承受約200公斤拉力，幾乎相當(dāng)于3名成年男性的體重?！睆垑鄞航忉尅?/p>
除了極高的強(qiáng)度，新研制的T1000級碳纖維還具備耐腐蝕、耐高低溫等優(yōu)異特性，在惰性環(huán)境中能承受1000攝氏度高溫，在零下180攝氏度的極寒中也能保持性能穩(wěn)定。
量產(chǎn)攻堅，跨越“轉(zhuǎn)化鴻溝”
然而，實驗室的成功僅是起點。從中試裝置到規(guī)?；a(chǎn)，又面臨著更為艱難的工程放大挑戰(zhàn)。
“最難的是如何實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)?！睆垑鄞赫f，T1000級的強(qiáng)度比T800級要高10%—20%，對工藝精度和設(shè)備穩(wěn)定性的要求大幅增長，任何微小波動都可能導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。
2025年9月，生產(chǎn)線調(diào)試進(jìn)入關(guān)鍵期，產(chǎn)品性能雖已達(dá)標(biāo)，穩(wěn)定性卻出現(xiàn)波動。為了揪出根源，團(tuán)隊經(jīng)歷了難忘的一個月。當(dāng)時，聚合車間尚未啟用空調(diào)，“秋老虎”天氣讓室內(nèi)體感溫度逼近50攝氏度；而紡絲車間則需要低溫環(huán)境，異常寒冷。團(tuán)隊成員每天要在兩個車間穿梭十幾趟，反復(fù)排查設(shè)備。
“一會兒熱得穿不住外套，一會兒又冷得不行，每天在‘冰火兩重天’里爬樓，腿都軟了?！睆垑鄞夯貞?。團(tuán)隊汗流浹背地檢查每一個閥門與儀表，最終鎖定問題根源——一個流量控制閥選型不當(dāng)，導(dǎo)致了局部工藝環(huán)境的細(xì)微不穩(wěn)定。更換部件后，穩(wěn)定性難題迎刃而解。
2025年11月中旬，當(dāng)連續(xù)10多個批次的性能檢測報告均顯示完美達(dá)標(biāo)時，整個團(tuán)隊倍感欣慰與激動。一年的高強(qiáng)度奮戰(zhàn)，終于迎來碩果。
如今，T1000級碳纖維穩(wěn)定量產(chǎn)，標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”的關(guān)鍵跨越。它將被廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、軌道交通、新能源及低空經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域，對保障國家戰(zhàn)略物資安全具有深遠(yuǎn)意義。
面向未來，張壽春團(tuán)隊的目標(biāo)清晰：研發(fā)強(qiáng)度更高的T1200級碳纖維，并推動其產(chǎn)業(yè)化，同時不斷拓展下游應(yīng)用，讓“新材料之王”在更廣闊的天地綻放光彩。（科技日報記者陸成寬）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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