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“黑黄金”碳纤维:从天上来到人间

发表时间:2012年07月03日    作者:徐瑞哲

  高档自行车只手可提,轮转如飞,却基本都是进口货。在日前举行的首届环巢湖全国自行车邀请赛上,公路精英组冠军选手走上领奖台,轻轻将手中爱车举过头顶。原来,冠军车手所在的ZGL车队已全部采用ZGL车型,这种国产碳纤维自行车在新一届城运会上包揽冠亚军,由此一战成名。这也是国产自行车在全国职业赛事的冠军册上写下的第一个名字,它宣告:进口能做到的,国产也能做到。

  碳纤维被誉为新材料之王,又有黑色黄金之称。国内20多年前自行研制、小批量生产成功,多装备航天、国防领域;而今,随着大规模产业化条件日渐成熟,多样化的碳纤维民用产品正从天上走向人间。

  细细黑线不怕烧

  碳材料界有句话:“19世纪是铁的时代,20世纪是硅的时代,21世纪可能是碳的时代。”从金属材料广泛用于传统制造业,到硅等半导体材料广泛用于IT业,再到碳纤维等材料日益推广普及,材料科学总是不断推陈出新,满足人类需求。

  其实,碳纤维与其它纺织材料一样,本质是一种化纤,通俗地说也是一丝丝“黑线”拧成的。据东华大学材料学院教授潘鼎介绍,碳纤维只有头发丝的十分之一细,纤维束的强度却是钢的4到5倍。“在2000摄氏度以上的高温环境中,别的纤维或许早已化为灰烬,它不仅不断,而且不烫。”

  正是由于这一神奇特性,它成为洲际导弹弹头防热层的关键材料。上世纪80年代,只有美国、前苏联两个超级大国拥有航天级碳纤维,他们对外实行严密禁运、技术封锁。潘鼎领衔项目组受命自主攻关,4年间先后突破“原丝、工艺、强度、排废”4道难关,为我国头号战略武器飞天配上“安全盔”。此后多年,潘鼎团队为我国各型导弹持续稳定提供碳纤维产品,获国家科技进步奖等多项奖励。

  轻钢品质内需大

  显然,碳纤维的用武之地远不止穿越大气层的火箭飞弹。它的强度与重量之比,令其它材料十分 “羡慕”。用碳纤维来造飞机、轮船、汽车、自行车,能大幅减重提速;用它来做高尔夫球棒、羽毛球拍、钩鱼竿、三脚架以及医疗器械,轻且耐用……

  在交通领域,碳纤维材料的单位重量比金属轻,单位强度却比金属高,抗疲劳和断裂的性能也更好。由此,碳纤维开始变为民用交通工具的黑色“内外衣”,帮助它们减轻体重,更加安全节能。基于这种“轻钢”品质,碳纤维内需日盛,应用也从天上走向地面。

  华东理工大学化工学院教授凌立成介绍,世界最大客机空客A380机身内外,碳复合材料用量超过40%的比例;被称为“黑色飞机”的波音787客机,碳复合材料占其全重50%以上;而国产大飞机C919的碳复合材料目前还只有约20%。据了解,国产民用机先是采用金属机翼方案,未来将大量采用碳复合材料做机身和机翼,将碳比例提高到4成左右,变得更轻盈更环保。与此同时,越来越多的民用车辆也流行轻量化,庞大厚重的车前盖纷纷改装为黑色碳质,内部结构件出厂时也大量“变黑”。

  产能扩张降成本

  走进国内最大的民用碳纤维生产基地——中复神鹰碳纤维有限公司,这个原本生产纺织机械、毛绒织物的老厂已变身为高新技术重点企业,展台上最多的新产品就是碳纤维自行车。从每辆5万多元的竞赛用车,到一两千元的折叠小车,应有尽有。

  碳纤维产品的价格能否贴近传统材料制成的同类产品?董事长张国良认为,随着多规格产品线投产,国内碳纤维产能正迅速扩张,国产成本也必然随着下降。据介绍,碳纤维与其它材料相似,产品标号从T300到T1000高低不同,品质高低也不同。中复神鹰与东华大学等国内科研单位产学研合作,已创造国内碳纤维领域的多项第一:如第一个实现千吨级T300碳纤维产业化,第一个实现干喷湿纺的T700碳纤维技术突破……去年,全国碳纤维产销量近1500吨,神鹰碳纤维产销量已达1000吨,预计今年可增产至3000吨。

  张国良透露,当T300碳纤维上线量产时,国内民用碳纤维的进口价应声而降,一下子跌去20%。目前,更高规格的T700碳纤维已有一个千吨级项目上马,达到国际主流产品水平。年内还将开发一条2000吨级的碳纤维线,与日本同行等量齐观。“预计2015年,国内碳纤维自主产能将达1.2万吨,可基本满足本土科技产业需求。”

稿件来源:解放日报

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