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让中国高性能碳纤维更“强”

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 陈惠芳(左二)指导学生开展实验

■本报通讯员 朱一超 记者 黄辛

一根仅有头发丝1/10粗的高性能碳纤维,拉伸强度却可以达到钢的7~9倍,而比重仅有钢的1/4,在几千摄氏度的高温下依然可以纹丝不动,因此成为当今航空航天、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多年攻关,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,该项目荣获2017年度国家科技进步奖一等奖。


从1982年毕业留校后,陈惠芳就瞄准了碳纤维研究这件事:“高性能碳纤维是个好东西,但是碳纤维研发投入高、周期长,核心技术又长期被日、美等国严密封锁,严重制约了我国碳纤维的发展。”


于是,怀着朴素的爱国情怀,陈惠芳带着自己的科研团队全身心投入到高性能碳纤维的研究事业中。功夫不负有心人,他们联合中复神鹰碳纤维有限责任公司,通过不断摸索、反复实验,终于突破了制备高性能碳纤维的先进技术——干喷湿纺。这一关键技术的突破使得纺丝速度可以达到400米/分钟以上,纺丝速度是传统湿法纺丝的5倍,同时还开发出干喷湿纺原丝快速预氧化技术,有效缩短了预氧化时间,大大提高了生产效率。干喷湿纺关键技术突破后,他们又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,我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,技术达到国内领先水平,制备出的碳纤维产品性能与国际同类产品相当。


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3000多个工艺点,在机器声轰鸣的车间,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。


自2009年起,依托纤维材料改性国家重点实验室等13个国家和省部级基地,东华大学—中复神鹰碳纤维工程技术中心、东华大学—中复神鹰碳纤维工程研究中心、东华大学材料科学与工程博士后流动站科研基地、鹰游集团碳纤维博士后科研工作站科研基地等协同创新平台陆续成立,学校和企业在多项成果转化项目中,共同申报并承担科研任务,充分发挥双方优势,为推进碳纤维产业化进程提供强有力的科技支撑和坚实保障。


“陈老师做科研真的很拼!”谈及陈惠芳做科研的那股劲,科研团队里最年轻的博士后巨安奇连连感叹。大夏天,在没有空调的高性能碳纤维工程基地,穿着工作服进去没一会儿就出一身汗,陈惠芳带着他们一干就是一整天。


陈惠芳表示,她和她的团队对高性能碳纤维的研究不会止步,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,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”。


《中国科学报》 (2018-01-16 第8版 科创)

作者: 朱一超 黄辛 来源:中国科学报

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