[文汇报]记者走进东华大学实验室领略“黑色黄金”神奇之处 碳纤维，2000℃下纹丝不动

　　本报讯 （记者李雪林  通讯员 向娟 邱登梅）有一种纤维，只有头发丝的十分之一细，纤维束强度却是钢的4-5倍。它不仅能助力导弹成功飞天，而且用它来造大飞机、汽车、轮船，能大幅减重提速，用它来做自行车、高尔夫球棒、钩鱼竿，又轻又耐用……这种材料就是被誉为“黑色黄金”的碳纤维。日前，记者走进东华大学材料科学与工程学院潘鼎教授的实验室，领略了碳纤维的神奇之处。

　　实验室里，潘教授剪出一束黑色的碳纤维原丝，拴在200克的砝码上，挂在支架上，然后用2000℃高温的喷火枪对准碳纤维，不仅没有被烧断，而且碳纤维摸上去也不烫，外观一点变化都没有。

　　“制备碳纤维的过程，简单讲就是‘原丝+碳化’。”潘鼎教授告诉记者。粘胶丝、聚丙烯腈或沥青等有机母体纤维，经过1000℃～3000℃高温的惰性气体处理，结果是除碳以外的所有元素都予以去除。潘鼎教授回忆，上世纪80年代，我国头号战略武器面临最后两项久攻不克的遗留难题。其中一个“拦路虎”就是航天级高纯粘胶基碳纤维。作为洲际导弹弹头防热层关键材料，航天级高纯粘胶基碳纤维的性能、品质直接关系到飞行的质量及成败。因其原料要求极高、制备技术极难，当时只有美、俄两个超级大国拥有。

　　“难关攻不下，导弹上不了天！”潘鼎教授领衔的碳纤维项目组临危受命，采用棉浆基纤维素为原料，先后攻克了“原丝、工艺、强度、排废”等难关，苦战4年，在碳纤维生产的基础理论、工艺技术和制备等方面获得了突破，成功研制了航天级高纯粘胶基碳纤维，让我国由此成为世界上第三个掌握航天级高纯粘胶基碳纤维研制技术的国家。

　　为了新材料产业“换代升级”，科学家又投入了聚丙烯腈基碳纤维的持续攻关。和粘胶基碳纤维相比，聚丙烯腈基碳纤维也用于国防军工，但其涉及的民用领域更广泛，不仅飞机、汽车等交通工具可用，建材、医疗器械、体育用品等方面也大有可为。比如飞机，以前多用的是铝合金耗材，有疲劳极限，换做聚丙烯腈基碳纤维材质，不仅机身更轻，飞得更快，更重要的是，强度得以加强，断裂几率大为降低，安全系数也得到很大提高；再比如，沿海城市的空气里盐多，高架桥建造中也用碳纤维，增强了耐腐蚀性；现在已经飞入寻常百姓家的超轻自行车、羽毛球拍也是由碳纤维材料做成的。

　　预计到2015年，国内碳纤维产能需求将达1.2万吨。因此，碳纤维研究中既要注重基础研究，又要与企业协同创新，实现技术与工艺的创新，“就是既要弄清楚原理，知道‘为什么’，又要搞明白方法，晓得‘怎么做’、‘怎么产业化’”。为此，东华大学与国内最大的民用碳纤维生产企业成立了东华大学—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等协同创新平台，以提升企业的研发实力。

(来源：文汇报   日期：2012年6月25日   作者：李雪林  向娟  邱登梅)  
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[上海科技报]与“神奇纤维”打了一辈子交道——记东华大学教授潘鼎

    有一种神奇纤维，只有头发丝的1/10细，纤维束强度却是钢的4倍到5倍，在2000℃以上的高温环境中纹丝不动；它的研制，不仅助力我国洲际导弹飞天，更在新材料领域刮起一股革命旋风，大飞机、汽车、轮船、高尔夫球棒、羽毛球拍、钓鱼竿，都能看到它的身影。这就是被誉为“黑色黄金”的碳纤维。在东华大学校园里，就有一位与碳纤维打了一辈子交道的专家——材料科学与工程学院教授潘鼎。

攻坚克难 助导弹一飞冲天

　　潘鼎早在40多年前就与碳纤维结下了不解之缘。1978年，国家恢复研究生招生制度后，他考入我国纺织教育与研究的最高学府——华东纺织工学院（东华大学前身）。正是从那时起，在恩师、中国化学纤维之父钱宝钧教授的指点下，他开始潜心专攻碳纤维的理论及产业化问题。

　　上世纪80年代，我国洲际导弹研制遇到了一只“拦路虎”：航天级高纯粘胶基碳纤维的制备难题。作为弹头防热层关键材料，这种纤维的性能、品质直接关系到飞行的质量及成败。

　　在国家有关部门的支持下，潘鼎领衔的碳纤维项目组临危受命，采用国外否定、国内仅有的棉浆基纤维素为原料，先后攻克了“原丝、工艺、强度、排废”等难关，苦战4年，在碳纤维生产的基础理论、工艺技术和制备等方面获得了系列突破，在软硬件技术上获得了大量原创性成果，最终成功研制了集他国同类产品性能所长的航天级高纯粘胶基碳纤维，为国家头号战略武器飞天提供了关键性的技术支持。我国由此成为世界上第三个掌握航天级高纯粘胶基碳纤维研制技术的国家。

　　10余年来，潘鼎团队配合国家战略任务，为现役及后续的各类型号导弹持续稳定地提供着保质、保量的碳纤维产品，得到了相关部门的充分肯定，获得国家科技进步奖等多项奖励。

敢为人先 推产业换代升级

　　如果说粘胶基碳纤维的“横空出世”，展现了东华大学在高性能纤维研究领域“敢为人先”的魄力与胆识，那么，聚丙烯腈基碳纤维的持续攻关，则体现了潘鼎教授团队在致力于新材料产业“换代升级”变革过程中“追求卓越”的决心与毅力。与粘胶基碳纤维相比，聚丙烯腈基碳纤维涉及的民用领域更广泛，不仅飞机、汽车等交通工具可用，建材、医疗器械、体育用品等方面也大有可为。拿飞机来说，以前多用的是铝合金耗材，有疲劳极限，换作聚丙烯腈基碳纤维材质，不仅机身更轻，飞得更快，更重要的是，强度得以加强，断裂几率大为降低，安全系数也得到很大提高，在节能降耗方面，也创造出显著效益。

　　国内最大的民用碳纤维生产企业江苏中复神鹰碳纤维有限公司董事长张国良对潘鼎十分推崇。他清楚地记得，在公司刚起步时，只有潘鼎等少数专家支持碳纤维产业化。2005年，潘鼎连着5天向张国良讲解碳纤维的秘密，从丙烯腈单体到碳纤维乱层石墨结构，从原丝、碳化生产线到飞机、导弹、汽车、自行车等碳纤维复合材料的开发。校企间的紧密合作与协同创新由此开始而“一发不可收”。

　　2009年起，东华大学—中复神鹰碳纤维工程技术中心、研究中心、博士后科研工作站等协同创新平台陆续建立，提升了企业的研发实力，更推进了我国碳纤维产业化进程。2011年全国碳纤维产量近1500吨，神鹰的碳纤维销售量已达1000吨。

(来源:上海科技报 2012年06月14日  作者:陶婷婷 通讯员：向娟  邱登梅)  
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中国纺织报、上海教育电视台、上海广播电台等同步报道

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[解放日报]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
          “黑黄金”碳纤维，从天上来到人间

　  本报记者  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。”
（来源：解放日报    日期：2012年7月3日    作者：徐瑞哲    通讯员：向娟  邱登梅）