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中国高性能碳纤维技术打破国际长期垄断
加入时间:2018-01-09    来源:中国新闻网    作者:许婧 朱一超

陈惠芳教授与她的团队积极探索科技创新。受访者供图。

  一根仅有头发丝十分之一粗细的高性能碳纤维,拉伸强度是钢的7至9倍,而比重仅有钢的四分之一;在几千度的高温下,别的纤维早已化为灰烬,它却纹丝不动,这种神奇的纤维,已成为当今航空航天、国防军用、建筑、交通、体育休闲等领域的“香饽饽”。
  
  东华大学材料学院陈惠芳科研团队联合中复神鹰碳纤维有限责任公司完成的“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,8日获得2017年度国家科技进步一等奖。 

 

陈惠芳教授带领团队开展研究。受访者供图。

  该项目突破干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术,实现了国产碳纤维的批量供应,填补了国内以干喷湿纺工艺为代表的高性能碳纤维生产技术的空白,打破了国外高性能碳纤维企业在中国市场的长期垄断。
  
  中国碳纤维市场长期处于进口产品垄断状态,高昂的进口价格和严苛的技术封锁严重制约着中国碳纤维的发展。
  
  从1982年毕业留校工作至今,陈惠芳数十年如一日,全身心投入到高性能碳纤维研究这件事上去。她将目光投向了干喷湿纺工艺,这一被认为是今后碳纤维生产的主流工艺,但也是碳纤维行业公认的难以突破的纺丝技术,目前在国际上仅有日本的个别公司掌握这一工艺。
  
  研究初期硬件条件有限,陈惠芳和团队成员利用一台废旧的单丝强力仪的螺杆改造出一台单孔纺丝机,便在这台看似简易的纺丝机上开始摸索实践干喷湿纺技术。为了实现干喷湿纺工艺中的高倍拉伸,团队还自行设计、研制了高压蒸汽拉伸机,为了达到最优的实验结果,对机器也是不断地调整革新,光是高压蒸汽拉伸机就革新了四代。
  
  通过不断摸索、反复试验,陈惠芳科研团队与合作企业终于突破这种制备高性能碳纤维的先进技术。这一关键技术的突破使得纺丝速度变为传统湿法纺丝的5倍,而同时开发出的干喷湿纺原丝快速预氧化技术,也大大提高了生产效率。
  
  取得干喷湿纺关键技术突破后,研究团队开发了均质聚合系统、高效环保脱单、稳定干喷湿纺、节能预氧化的成套技术,最终中国首个采用干喷湿纺工艺的千吨级碳纤维生产线正式投产,制备出能与国际同类产品性能相当的碳纤维产品。
  
  如今,随着技术的不断革新改进,该条生产线每年能生产近5000吨原丝和2000吨碳丝,产品实现了产业化并批量供应市场,极大促进了中国碳纤维复合材料产业的发展。
  
  “我们做的只是实验室的一件小事,在实验室把基础理论研究做通做透,攻克技术难题,高性能碳纤维产业化的大事要交给企业去完成,去给社会创造更大效益!”陈惠芳说自己只是做了科研人员该做的事,从实验室到市场的“最后一公里”需要有担当有实力的企业去打通。而在此次国家科技进步奖评审的答辩中,项目第一完成单位、中复神鹰碳纤维有限责任公司的董事长张国良则把这份荣誉归功给了学校:“企业产业化的突破离不开东华大学老师们的基础理论研究和技术攻克。”
  
  在关键技术产业化的过程中,陈惠芳带着科研团队经常往返于上海、连云港两地,在连云港企业车间的生产线上紧盯每一道工序。从实验室的技术突破到产品工业化还是有区别的,一些实验室里的小问题一旦摆到生产线上就会被放大。整个碳纤维的生产,从前到后,中间控制的有三千多个工艺点,每一个工艺点都要进行严格稳定的控制,哪个工艺点参数发生了变动,碳纤维质量马上就不行了。陈惠芳科研团队和企业工作人员协同合作,不断调试方案和关键技术,一旦发现问题就地解决。
  
  虽然科研过程中难免遇到不少“拦路虎”,但是天性乐观的陈惠芳始终坚信一定能够啃下高性能碳纤维研制这块“硬骨头”。陈惠芳表示,未来高性能碳纤维在大飞机、新能源汽车等领域都有着很大的应用前景,她和她的团队对高性能碳纤维的研究不会止步,而高性能碳纤维要实现完全自主国产化依旧需要不断地技术攻关,她希望能用毕生精力去圆她的中国梦——让中国高性能碳纤维更“强”。

(责任编辑:南风)
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关键字:高性能碳纤维技术 填补空白 打破垄断
 
 
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