碳纤维的三次包围

 

  这是一种从实验室偶尔发现的奇特资料：它比钢强、比铝轻，直径仅为头发丝的1/10——它便是碳纤维。

  从飞翔于蓝天的飞机到地上跑的轿车、自行车，从体育运动者摇动的球拍到大草原上画出美丽圆圈的风机叶片……碳纤维这种奇特的资料正在展示愈加“接地气”的一面，飞入寻常百姓家。

  俯视这种复合新资料的宿世此生，它阅历了三次包围，终究迎来了工业的大展开。

  回望碳纤维的前史，可上溯至1845年。美国辛辛那提的斯塔尔提出，能够在真空泡内运用碳丝。在英国，科学家约瑟夫·斯旺依照这一思路，把一条条碳化纸做成灯丝，发现这种黑色纤维在电流效果下爆发光亮……1879年，爱迪生将椴树内皮、黄麻、马尼拉麻和等天然纤维定型后进行高温烘烤，得到了碳纤维。爱迪生创造的“白炽灯泡碳纤维长丝灯丝制作技能”于1892年获得了美国专利。

  爱迪生制得的纤维力学功能较低，在其时也不能工业化，未能获得大的展开。可是，金子总会亮光。碳纤维这种“工业黄金”或许注定要被写入资料工业的重要前史。其展开没有就此阻滞于时刻长河，在航空和军工范畴的火急需求下，它终究打开了工业化的大门。

  20世纪50年代，美国联合碳化物公司开发出了黏胶基碳纤维“Thornel-25”。1959年，日本科学家近藤昭男以聚丙烯腈（PAN）为质料制备碳纤维的突破性技能，将碳纤维的强度提升了4倍，创始了碳纤维工业化的出产途径。1971年，日本东丽公司树立了年产12吨的碳纤维出产线（T代表拉伸强度等级，单位为MPa。T后边数字越大，表明拉伸强度越高，力学功能也越优异）。

  1973年，石油危机使得飞机火急地需求减重以削减燃料耗费，波音、空客等飞机制作商开端探究碳纤维复材的运用。1982年，波音757和767以及航天飞机开端运用T300碳纤维。

  资料显现，20世纪70年代中期，碳纤维复材在军机尾翼的笔直尾翼、水平尾翼等部件开端慢慢地运用，之后在机翼、机身等首要受力构件上运用碳纤维复材。依据《2023 全球碳纤维复合资料商场陈述》，碳纤维复材在航空航天范畴中，商用飞机运用占首要比例，占比到达36%；军用飞机运用占比21%；无人机运用占比达18%。

  在航空航天范畴的带动下，始于灯丝这一运用的碳纤维成功破局，迎来了展开史上的榜首次包围。

  我国对碳纤维的研讨始于20世纪60年代中期。1974年7月，我国科学院山西煤炭化学研讨所开端规划我国榜首条碳纤维出产线。

  国家会集20余家单位组成攻关组，在吉林化纤厂树立实验线，榜首条能出产百万分之一米直径的出产线工作起来了。其时，这些牵强到达T200级其他初代产品，支撑了我国前期战略配备的试制。

  因为碳纤维在军工和航空航天范畴的重要性，国外一直对碳纤维出口我国施行限制性方针，2020年还从前全面禁售，在很长一段时刻内卡住了我国国防和航空业的“脖子”。

  国际上长时间对碳纤维施行技能封闭和许可证准则，使我国在该范畴一度受制于人，国家认识到了这一点。

  2001年，碳纤维304专项被归入国家“863方案”。面临这一资料不能国产化的情况，主抓资料攻坚的我国科学院院士师昌绪曾说：“咱们的国防太需求碳纤维了，不能只靠进口！假如碳纤维搞不上去，国防航空被卡了脖子，拖了我国国防的后腿，我死不瞑目！”

  经过几十年的尽力，我国碳纤维已构成工业，技能也不断移风易俗。2023年，我国石油和化学工业联合会掌管举行技能鉴定会，国产超高强ZA60XC (T1000级)PAN碳纤维千吨级工业出产技能顺畅经过专家委员会的技能鉴定，到达国际先进水平。

  国产碳纤维的每一次巨大的前进，都在书写前史。多个方面数据显现，2023年，我国碳纤维的运转产能占全球的近五成、位居榜首。现在，中复神鹰、光威复材、吉林化纤、上海石化等企业已成为国内抢先的碳纤维出产商，与西格里、东丽、帝人、赫氏等全球闻名碳纤维企业同台竞技。

  我国碳纤维的入局和展开，构成了全球碳纤维产能和需求的顶峰，让这一新复合资料迎来了展开史上的第2次包围。

  “自行车用一两根手指就能抬起来，碳纤维资料线月举行的第二届我国国际进口饱览会上，品牌馆的参观者们对一款自行车啧啧赞赏。

  由上海石化选用国内独有的NaSCN（硫氰酸钠）湿法工艺和具有自主知识产权的成套技能出产的碳纤维资料制作成的自行车、皮划艇、齿轮等产品让这种新资料成功打上了我国制作的标签。

  放眼全球，1971年东丽公司树立12吨碳纤维出产线年推出榜首个商业碳纤维复材产品鱼竿后，球拍、储氢瓶、风机叶片、手机部件……碳纤维在非航空航天范畴挥洒下了浓墨重彩的大手笔。

  在我国石化的决议计划布置下，上海石化于2008年11月建成中试设备，2009年3月成功研制出12K原丝，2012年9月建成500吨碳纤维出产线月，上海石化成功试制出了国内线K大丝束碳纤维。

  研制初期，面临无经历可循、无先例可鉴的窘境，工厂坚持自主展开技能攻关。中心设备氧化炉、碳化炉，外商不供给要害的工艺说明书和操作流程图，我们只能静静跟在装置人员死后调查，“盲猜”设备操控逻辑。

  十多年来，研制人员黄翔宇、顾文兰、、韩炜、张超峰、吴嵩义等一批攻关成员接续尽力，“把青丝熬成了青丝，将白丝炼成了黑丝”成为对这一研制故事的最佳注解。

  近年来，上海石化小丝束、大丝束碳纤维作为新资料，成功运用于冬奥火炬“飞扬”外壳，变成全球创始；运用于广州高速地铁列车的车头罩，成为国内创始；成功运用于35兆帕氢气瓶环绕，又是国内创始，显示了我国石化在碳纤维范畴的担任和立异精力；上海石化碳纤维增强复合资料出产的接连抽油杆功能优秀，可代替进口。

  从2007年至今，18年弹指一挥。上海石化大丝束碳纤维披荆斩棘，不断获得新的开展。

  近来，上海石化先进资料立异研讨院总经理沈伟表明，碳碳复合新资料在K-8300风机叶轮技能风机叶轮范畴的运用，成为公司碳纤维深化运用的又一次壮举。

  从国际到我国，非航空航天范畴的带动，让始于灯丝这一运用的碳纤维再次拓宽运用范畴，迎来了展开史上的第三次包围。