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川崎前锋vs悉尼f:“小小”碳纖維撐起大國重器

來源:中國青年報 作者:王燁捷 朱一超 孫慶華 2019-10-14 11:33:14
內容摘要: 從創建新中國第一個“化學纖維”專業的錢寶鈞教授到潛心攻克高純航天黏膠基碳纖維難題、助力導彈飛天的潘鼎教授,再到科研攻關國產高性能碳纖維產業化的陳惠芳研究員,東華大學三代專家接力“專研”碳纖維。

川崎前锋vs蔚山现代 www.kayazm.com.cn 我國化纖專業教育奠基人之一、原華東紡織工學院院長、中國紡織大學名譽校長錢寶鈞。學校供圖

潘鼎教授(左四)帶領課題組成員開展碳纖維研究(左二為陳惠芳)。學校供圖

潘鼎教授帶領團隊長期攻關成功助力洲際導彈一飛沖天,使我國成為全世界3個掌握航天級高純黏膠基碳纖維研制技術的國家之一。學校供圖

  小小的碳纖維,曾是新中國與國外同類材料競爭的“軟肋”。從創建新中國第一個“化學纖維”專業的錢寶鈞教授到潛心攻克高純航天黏膠基碳纖維難題、助力導彈飛天的潘鼎教授,再到科研攻關國產高性能碳纖維產業化的陳惠芳研究員,東華大學三代專家接力“專研”碳纖維。小小的碳纖維,可以撐起“國之重器”。在三代東華教授的接力下,中國從“纖維大國”走向“纖維強國”。

新中國第一個化纖專業誕生

  解放初期,我國的紡織工業原料主要依靠天然纖維的棉、毛、麻、絲,遠遠不能滿足億萬人民穿衣的需要,出路何在?我國著名纖維科學家、教育家錢寶鈞先生敏銳地意識到當務之急是發展化學纖維工業。

  在1950年的全國化工會議上,錢寶鈞毅然提出了發展國內化學纖維工業的主張。他還意識到,要發展化纖工業,必須教育領先。為此,他于1954年與化纖專家方柏容教授聯名上書紡織工業部,建議在華東紡織工學院(東華大學的前身)創辦新中國第一個化纖專業。這份建議當年獲批,并招收培養第一批化纖人才,極大地緩解了我國化纖人才短缺問題。

  錢寶鈞在上世紀50年代初開創了我國以棉絨為原料的黏膠纖維研究,曾解決我國第一家萬噸級黏膠簾子線廠工藝技術上的不少難題;并在華東紡織工學院籌建化學纖維及高分子專業,建立了化學纖維研究所及實驗工廠,使之成為我國最早的培養從事化纖研究以及從事化纖工業的高層次人才的教學和科研基地。

  過去的科研,遠不及現在。錢寶鈞在科研工作中一次又一次地“迎難而上”。沒有儀器,就靠著手頭簡陋的工具自制;經費不足,就省吃儉用自費研究。

  他親自動手,與機械師傅一起,把一個個零部件制造出來,遇到電氣自動化裝置上的難題,就把自己的家人叫到實驗室來,一起裝配,反復試驗;沒有經費,就自己花錢購買原材料。經過了多少個日日夜夜不斷改進,終于在1976年研制成功第一臺纖維熱機械分析儀。

  當時,他已是70歲高齡。這臺儀器,對“化學纖維成形工藝理論和纖維結構性能”的研究,特別是在“碳纖維原絲結構對碳纖維結構性能的研究”進程中發揮了不可或缺的作用。1989年美國著名碳纖維專家Defumdoph教授來中國講學,看到這臺儀器后,十分驚訝,連連稱贊說:“我的碳纖維研究工作正需要這臺儀器呢。從這臺儀器的研制成功,就可以看出你們在碳纖維研究方面有著相當高的水平了?!?/span>

  如今,纖維熱機械分析儀已成為研究纖維內在結構性能的一個重要檢測儀器。

  年齡并沒有阻止錢老向著科技高峰邁進的步伐,在步入80歲高齡之時,他又不畏艱難開始了纖維大分子纏結理論研究,這是當時國際領先的科研項目。錢老對高分子的纏結理論提出了新的論據,并帶領學生在自制的儀器設備上得到驗證,使大分子纏結研究成果達到國際先進水平,為我國紡織纖維科學研究和教育的發展作出了突出的貢獻。

  “中國化纖事業無不滲透著錢老的心血,正是錢老在困難時期仍不忘初心的堅持下,才有了中國化纖的今天?!鼻難?、東華大學材料學院教師王依民說,新一代東華人要傳承錢老的精神,開創一個屬于中國化纖的明天。

為洲際導彈編織“防護服”

  錢寶鈞之后,接過小小碳纖維研究接力棒的,是潘鼎。他師從錢寶鈞,是改革開放恢復招收研究生后的第一屆碩士生,他用畢生的精力專注“碳纖維”這件事。

  上世紀80年代,我國頭號戰略武器“洲際導彈”面臨最后兩項久攻不克的技術難題。其中一個“攔路虎”就是“航天級高純黏膠基碳纖維”。作為洲際導彈彈頭防熱層關鍵材料,航天級高純黏膠基碳纖維好比導彈的“防護服”,它可?;さ嫉饈芨呶隆吧撕Α?,是火箭、導彈等戰略武器的“新衣”,工藝要求極高、制備技術極難,當時只有美、俄兩個超級大國擁有,且對我國實行嚴格禁運、技術封鎖。

  難關攻克不下,導彈就上不了天。在各方攻關始終未能成功的巨大壓力下,潘鼎決定勇挑重擔,帶領課題組向“卡脖子技術”發起沖擊,改用新的碳絲路線來研制產品。

  說起當年的困難,現東華大學碳纖維項目組學術帶頭人、2017年度國家科技進步獎一等獎獲得者陳惠芳仍深有感觸:“當年我們課題組可以說是‘三無’:一無研究資料和基礎,二無場地,三無任何可以借鑒的經驗哪怕是失敗的經驗。當時大家就在潘老師的帶領下,一切從零開始,為了解決國家難題奮力一搏?!?/span>

  陳惠芳回憶,為了早日研制出國家急需的碳纖維產品,潘鼎經常通宵達旦地工作在生產一線,困了就在鋼平臺上躺一會兒,有時只睡兩個小時就又投入到工作中。沒有場地,課題組就借用一個大集體廠的廢棄廠房,不管嚴寒酷暑,潘老師每天都要乘坐4個小時長途汽車到松江進行試驗。學校的實驗室面積不夠,連洗手間都征用了。

  在如此艱苦的科研條件下苦戰多年,潘鼎團隊成功研制了集美、俄兩國同類產品性能所長的航天級高純黏膠基碳纖維,為戰略武器飛天提供了關鍵性的技術支持。這項科研成果獲得了2001年中國高校十大科技進展殊榮,2002年國家教育部提名國家科技進步一等獎,2003年國家科技進步二等獎。

  這項研究不僅填補了國內空白,讓我國由此成為世界上第三個掌握航天級高純粘膠基碳纖維研制技術的國家,也為我國國防現代化的升級換代及捍衛國民經濟現代化成果作出了貢獻。

  項目成功了,潘鼎的身體卻敲響了警鐘,心臟進行了多次手術。

  在2008年上海市慶祝教師節主題晚會上,主持人問及潘鼎這樣的付出是否值得?潘鼎給出了一個響亮的回答:“這是國家的需要!這也是我對國家的承諾!我一生只做一件事,那就是國防尖端關鍵材料的研制。當年我為振興中華而讀書,今天我為中國之崛起而奮斗?!?/span>

  2019年潘鼎永遠地離開了,但是他科學報國、無私奉獻的精神在一代代東華材料人中傳承下去。

中國碳纖維如何才能更“強”

  陳惠芳研究員從潘鼎手上接過接力棒后,把科研方向瞄準“國產碳纖維的產業化”。她要讓中國高性能碳纖維更“強”。

  她介紹,高性能碳纖維是個“好東西”,但是碳纖維研發投入高、周期長,且核心技術被日、美等國嚴密封鎖,我國碳纖維市場長期處于進口產品壟斷狀態,高昂的進口價格和嚴苛的技術封鎖嚴重制約著我國碳纖維的發展。

  高性能碳纖維的研發能力如何,直接關系到國與國之間的競爭實力?!拔揖筒幌嘈旁壑泄嗽觳懷齦咧柿康母咝閱芴枷宋??!北鎰乓還善?,陳惠芳全身心投入到高性能碳纖維的研究事業中。

  功夫不負有心人,陳惠芳科研團隊聯合中復神鷹碳纖維有限責任公司通過不斷摸索、反復實驗,終于突破了制備高性能碳纖維的先進技術——干噴濕紡。

  干噴濕紡工藝被認為是碳纖維生產的主流工藝,但也是碳纖維行業公認的難以突破的紡絲技術,目前在國際上僅有日本的個別公司掌握這一工藝。這一關鍵技術的突破使得紡絲速度可以達到400m/min以上,是傳統濕法紡絲的5倍。

  團隊同時還開發出干噴濕紡原絲快速預氧化技術,有效縮短了預氧化時間,大大提高了生產效率。干噴濕紡關鍵技術突破后,開發了均質聚合系統、高效環保脫單、穩定干噴濕紡、節能預氧化的成套技術。如今,我國首個采用干噴濕紡工藝的千噸級碳纖維生產線正式投產,技術達到國內領先水平,制備出的碳纖維產品性能與國際同類產品相當。

  隨著技術的不斷革新改進,該條生產線每年能生產近5000噸原絲和2000噸碳絲,產品實現了產業化并批量供應市場,打破了國外高性能碳纖維企業在中國市場的長期壟斷,該項目榮獲2017年度國家科技進步一等獎。

  陳惠芳表示,高性能碳纖維要實現完全自主國產化依舊需要不斷地技術攻關,未來高性能碳纖維在大飛機、新能源汽車等領域都有著很大的應用前景。千鈞系于一絲,一代代東華人對于高性能碳纖維的研究不會止步。

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