一根細絲扛千鈞
【瞧！我們的前沿科技】
國產高性能碳纖維量產落地——
一根細絲扛千鈞
光明日報記者 崔興毅 光明日報通訊員 徐博研
一根直徑僅6~7微米的細絲，抗拉強度遠超普通鋼材數十倍；一束1厘米見方的碳纖維，能承受70噸重壓……2025年年底，中國科學院山西煤炭化學研究所（以下簡稱“山西煤化所”）攻克第二代幹噴濕紡工藝，實現T1000級高性能碳纖維國產化量產——自此，這一關鍵技術，被中國科研團隊耗時8年攻克下來。
被譽為“黑色黃金”的高性能碳纖維材料，能讓汽車自身減重超60%，能化身骨骼與牙根植入人體，還能讓5米以上的釣竿保持強悍韌性……它的誕生，是中國科研人自主創新的又一生動注腳。
織就“黑色黃金”
碳纖維是高性能輕量化復合材料的優選。剛剛實現國產化量產的T1000級高性能碳纖維，正是這一材料領域的最新突破。
這份突破，歷經了一場漫長的“材料長徵”。
21世紀初，面對進口碳纖維斷供、國家尖端裝備“無米下炊”的困境，在中國科學院院士師昌緒等的呼吁下，國產化攻關緊急啟動。
“山西煤化所臨危受命，于2008年成功攻克宇航級T300碳纖維工程化量產，實現了從‘無’到‘有’的突破。”山西煤化所副所長張壽春說。
此後，伴隨T700、T800的相繼突破，國產碳纖維開啟了新的爬坡之路。下一座高峰——T1000級高性能碳纖維，成了主要技術關卡。
2016年，張壽春團隊毅然轉向第二代幹噴濕紡技術，歷經8年自主探索，最終于2025年建成首條T1000級碳纖維國產化示范線並成功投產。
如此來之不易的T1000級碳纖維，究竟代表著怎樣的性能高度？“‘T’代表拉伸強度，其後的數字對應等級。T1000級意味著抗拉強度高達6600兆帕，遠超普通鋼材數十倍。”山西煤化所正高級工程師經德齊解釋說。
國產化量產的核心突破，在于第二代幹噴濕紡工藝的成功攻克。“要織就這縷‘黑色黃金’，關鍵在幹噴濕紡的核心制備工藝。其本質是讓碳纖維內部結構更規整，通過調控微晶尺寸，將原本淩亂的結構梳理成規整形態，就像把‘雜亂的多層織物’整理為‘整齊的單層結構’，從根本上提升強度與穩定性。”張壽春介紹，相較于基礎高性能碳纖維T800，T1000級的工藝控制點更多、精度要求更嚴格。
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“幹噴濕紡技術其實很好理解，就和山西�𡄻𤋮悸漕謏@差不多。原料的純化聚合環節相當于‘和面’，噴絲固化環節相當于‘壓面’，區別是幹噴濕紡採用低溫工藝，能減少纖維缺陷，進而優化纖維強度。”張壽春的這個生動比喻，對應著嚴謹的工藝步驟——將紡絲液通過高精度噴絲板擠出後，先經空氣段加壓提速，再進入凝固環節完成固化，最終形成固態碳纖維。
受�𡄻𤋮惆謏@啟發，研發團隊通過調整原料“軟硬”、添加助劑減少粘連等方法，歷經3年實驗打通幹噴濕紡工藝流程。其中，幹噴濕紡採用精密噴絲板，將單絲尺寸精準控制在10微米左右，再通過“多束合成1股”的方式形成12K絲束；同時，實時處理噴絲孔堵塞等缺陷，確保每一束纖維質量穩定，進而增強性能。
然而，“實時”與“穩定”絕非易事。“最棘手的是調試穩定後突然失穩的問題。我們開了10多場分析會議，全流程梳理排查，耗時近1個月集中攻關，最後才定位到是主設備穩定性的問題。”張壽春坦言。
產能放大後，如何維持產品的一致性，成為研發團隊面臨的重要考驗。“就像做大鍋菜，原料越多越不容易攪拌均勻，很難確保每一口味道一致。”山西煤化所高級工程師王飛介紹。
令人驚喜的是，上述環環相扣的難題，最終都被研發團隊逐一破解。此刻，紡絲車間內設備高速運轉，精密噴絲板中紡出的原絲經過均勻一致的碳化，在生產線末端轉變為泛著金屬光澤的純黑色高性能碳纖維，表面光滑如鏡。
實現穩定量產，還要惠及民生
實現穩定量產，只是這場“材料長徵”的上半場，研發團隊持續攻堅的下半場體現在碳纖維的利用上，即推進產業化，實現幹噴濕紡碳纖維在更多領域的進口替代，確保我國在該領域的持續競爭力。
不同級別的碳纖維，應用場景各有側重。“在新能源方面，它可以用在風力發電機巨大的葉片上，也能用在一些新型電力存儲設備中，實實在在地助力減碳。”經德齊介紹，“而在醫療方面，用碳纖維做的接骨板和牙根，人體很容易接納，不容易產生排斥；此外，做X光檢查時也不會形成幹擾影，能讓醫生看得清清楚楚，方便診斷和治療。”
張壽春認為，國產碳纖維要繼續實現規模化、低成本的生產，使其能夠廣泛應用于國家重大工程與戰略性產業，並最終惠及民生。
《光明日報》（2026年01月15日 08版）
