有一種纖維，只有頭發(fā)絲的十分之一細，纖維束強度卻是鋼的4-5倍。它不僅能助力導(dǎo)彈成功飛天，而且用它來造大飛機、汽車、輪船，能大幅減重提速，用它來做自行車、高爾夫球棒、鉤魚竿，又輕又耐用……這種材料就是被譽為“黑色黃金”的碳纖維。日前，記者走進東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院潘鼎教授的實驗室，領(lǐng)略了碳纖維的神奇之處。
實驗室里，潘教授剪出一束黑色的碳纖維原絲，拴在200克的砝碼上，掛在支架上，然后用2000℃高溫的噴火槍對準碳纖維，不僅沒有被燒斷，而且碳纖維摸上去也不燙，外觀一點變化都沒有。
“制備碳纖維的過程，簡單講就是‘原絲+碳化’�！迸硕淌诟嬖V記者。粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青等有機母體纖維，經(jīng)過1000℃～3000℃高溫的惰性氣體處理，結(jié)果是除碳以外的所有元素都予以去除。潘鼎教授回憶，上世紀80年代，我國頭號戰(zhàn)略武器面臨最后兩項久攻不克的遺留難題。其中一個“攔路虎”就是航天級高純粘膠基碳纖維。作為洲際導(dǎo)彈彈頭防熱層關(guān)鍵材料，航天級高純粘膠基碳纖維的性能、品質(zhì)直接關(guān)系到飛行的質(zhì)量及成敗。因其原料要求極高、制備技術(shù)極難，當(dāng)時只有美、俄兩個超級大國擁有。
“難關(guān)攻不下，導(dǎo)彈上不了天！”潘鼎教授領(lǐng)銜的碳纖維項目組臨危受命，采用棉漿基纖維素為原料，先后攻克了“原絲、工藝、強度、排廢”等難關(guān)，苦戰(zhàn)4年，在碳纖維生產(chǎn)的基礎(chǔ)理論、工藝技術(shù)和制備等方面獲得了突破，成功研制了航天級高純粘膠基碳纖維，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(shù)的國家。
為了新材料產(chǎn)業(yè)“換代升級”，科學(xué)家又投入了聚丙烯腈基碳纖維的持續(xù)攻關(guān)。和粘膠基碳纖維相比，聚丙烯腈基碳纖維也用于國防軍工，但其涉及的民用領(lǐng)域更廣泛，不僅飛機、汽車等交通工具可用，建材、醫(yī)療器械、體育用品等方面也大有可為。比如飛機，以前多用的是鋁合金耗材，有疲勞極限，換做聚丙烯腈基碳纖維材質(zhì)，不僅機身更輕，飛得更快，更重要的是，強度得以加強，斷裂幾率大為降低，安全系數(shù)也得到很大提高；再比如，沿海城市的空氣里鹽多，高架橋建造中也用碳纖維，增強了耐腐蝕性；現(xiàn)在已經(jīng)飛入尋常百姓家的超輕自行車、羽毛球拍也是由碳纖維材料做成的。
預(yù)計到2015年，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能需求將達1.2萬噸。因此，碳纖維研究中既要注重基礎(chǔ)研究，又要與企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，實現(xiàn)技術(shù)與工藝的創(chuàng)新，“就是既要弄清楚原理，知道‘為什么’，又要搞明白方法，曉得‘怎么做’、‘怎么產(chǎn)業(yè)化’”。為此，東華大學(xué)與國內(nèi)最大的民用碳纖維生產(chǎn)企業(yè)成立了東華大學(xué)—中復(fù)神鷹碳纖維工程研究中心，東華大學(xué)材料科學(xué)與工程博士后流動站等協(xié)同創(chuàng)新平臺，以提升企業(yè)的研發(fā)實力。（中國紡織報）
責(zé)任編輯/劉喬帆
