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一根直径仅6~7微米的细丝,抗拉强度远超一般钢材数十倍;一束1厘米见方的碳纤维,能接受70吨重压2025年年末,我国科学院山西煤炭化学研究所(以下简称“山西煤化所”)霸占第二代干喷湿纺工艺,完结T1000级高功能碳纤维国产化量产自此,这一要害技能,被我国科研团队耗时8年霸占下来。
被誉为“黑色黄金”的高功能碳纤维资料,能让轿车本身减重超60%,能化身骨骼与牙根植入人体,还能让5米以上的钓竿坚持强悍耐性它的诞生,是我国科研人自主立异的又一生动注脚。
碳纤维是高功能轻量化复合资料的优选。刚刚完结国产化量产的T1000级高功能碳纤维,正是这一资料范畴的最新打破。
21世纪初,面对进口碳纤维断供、国家顶级配备“无米下炊”的窘境,在我国科学院院士师昌绪等的呼吁下,国产化攻关紧迫发动。
“山西煤化所临危受命,于2008年成功霸占宇航级T300碳纤维工程化量产,完结了从无到有的打破。”山西煤化所副所长张寿春说。
尔后,随同T700、T800的相继打破,国产碳纤维敞开了新的爬坡之路。下一座顶峰T1000级高功能碳纤维,成了首要技能关卡。
2016年,张寿春团队决然转向第二代干喷湿纺技能,历经8年自主探究,最总算2025年建成首条T1000级碳纤维国产化演示线并成功投产。
如此来之不易的T1000级碳纤维,终究代表着怎样的功能高度?“T代表拉伸强度,这以后的数字对应等级。T1000级意味着抗拉强度高达6600兆帕,远超一般钢材数十倍。”山西煤化所正高级工程师经德齐解说说。
国产化量产的中心打破,在于第二代干喷湿纺工艺的成功霸占。“要织就这缕黑色黄金,要害在干喷湿纺的中心制备工艺。其本质是让碳纤维内部结构更规整,通过调控微晶尺度,将本来凌乱的结构收拾陈规整形状,就像把凌乱的多层织物收拾为规整的单层结构,从根本上提高强度与安稳性。”张寿春介绍,相较于根底高功能碳纤维T800,T1000级的工艺控制点更多、精度要求更严厉。
“干喷湿纺技能其实很好了解,就和山西饸饹面的制造差不多。质料的纯化聚合环节相当于和面,喷丝固化环节相当于压面,区别是干喷湿纺选用低温工艺,能削减纤维缺点,从而优化纤维强度。”张寿春的这个生动比方,对应着谨慎的工艺过程将纺丝液通过高精度喷丝板挤出后,先经空气段加压提速,再进入凝结环节完结固化,终究构成固态碳纤维。
受饸饹面制造启示,研制团队通过调整质料“软硬”、增加助剂削减粘连等办法,历经3年试验打通干喷湿纺工艺流程。其间,干喷湿纺选用精细喷丝板,将单丝尺度精准控制在10微米左右,再通过“多束组成1股”的方法构成12K丝束;一起,实时处理喷丝孔阻塞等缺点,保证每一束纤维质量安稳,从而增强功能。
但是,“实时”与“安稳”绝非易事。“最扎手的是调试安稳后忽然失稳的问题。咱们开了10多场剖析会议,全流程收拾排查,耗时近1个月会集攻关,终究才定位到是主设备安稳性的问题。”张寿春坦言。
产能扩大后,怎么保持产品的共同性,成为研制团队面对的重要检测。“就像做大锅菜,质料越多越不简单均匀拌和,很难保证每一口滋味共同。”山西煤化所高级工程师王飞介绍。
令人惊喜的是,上述环环相扣的难题,终究都被研制团队逐个破解。此时,纺丝车间内设备高速工作,精细喷丝板中纺出的原丝通过均匀共同的碳化,在出产线结尾转变为泛着金属光泽的纯黑色高功能碳纤维,外表非常润滑如镜。
完结安稳量产,仅仅这场“资料长征”的上半场,研制团队继续攻坚的下半场体现在碳纤维的利用上,即推进工业化,完结干喷湿纺碳纤维在更多范畴的进口代替,保证我国在该范畴的继续竞争力。
不同等级的碳纤维,使用场景各有偏重。“在新能源方面,它可以用在风力发电机巨大的叶片上,也能用在一些新式电力存储设备中,实实在在地助力减碳。”经德齐介绍,“而在医疗方面,用碳纤维做的接骨板和牙根,人体很简单接收,不简单发生排挤;此外,做X光查看时也不会构成搅扰影,能让医师看得清清楚楚,便利确诊和医治。”
张寿春以为,国产碳纤维要继续完陈规模化、低成本的出产,使其可以大范围的使用于国家严重工程与战略性工业,并终究惠及民生。
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