碳纤维突围指南：从0到1与从1到100的核心路径
本报记者 吴月辉
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资料来源：中国科学院山西煤炭化学研究所
1月中旬，山西大同的气温已降至零下10摄氏度以下，寒风刺骨，但记者感受到的是另一番火热。
云冈经济技术开发区的一间厂房内，刚投产的年产200吨T1000高端碳纤维产线持续运转中。一束束银白色的碳纤维原丝在精密设备中穿梭，经过氧化、碳化等工序，最终变成乌黑发亮的高性能碳纤维。
碳纤维是一种轻质高强材料，被誉为“黑色黄金”，在航空、航天、工业制造等领域不可或缺。
曾经，面对技术封锁和产品禁运，我国高端领域使用碳纤维陷入“断粮”境地，不少重要尖端装备“无米下炊”。
在师昌绪院士呼吁下，我国开始高度重视碳纤维国产化研究，并启动863计划项目。其中，T300宇航级碳纤维量产任务主要由中国科学院山西煤炭化学研究所(以下简称“山西煤化所”)承担。
此后，从T300到T1000，从实验室样品到工厂吨级量产，一路披荆斩棘，山西煤化所用20年时间走通了这条高端碳纤维的国产化之路。
破局——
与时间赛跑，3年实现T300宇航级碳纤维量产
2005年春季的一天，北京郊区的宽沟会议中心，山西煤化所时任所长孙予罕接到了一个“不可能完成的任务”——必须在2008年6月30日前实现T300宇航级碳纤维量产。
“T300”是日本东丽公司研发的碳纤维牌号，“T”代表拉伸强度，后面的数字越大，碳纤维的力学性能指标就越高。
日本东丽T300从实验室到实现量产用了15年，而中国要用3年实现，有可能吗？没有任何经验可循，完全从零起步，所有人心里都没底。
当时，山西煤化所在高性能碳纤维研制方面已有30多年的积累，是中国科学院最早研究碳纤维的研究所之一。尽管如此，T300碳纤维对所里而言仍处于“有样品无产品”状态。
“制备几根丝没问题，但是要批量生产，还要满足极其苛刻的指标要求，很难。”山西煤化所研究员吕春祥回忆，“坦白说，大家当时连‘宇航级’包含哪些性能指标都不是十分清楚。”
使命在肩，唯有前行。
经过迅速研判，孙予罕团队做了个大胆的决定：不跟日美走“连续聚合法”的老路。那种工艺像一条没有岔路的高速路，一旦出错，整条线都得停摆排查。最终，团队选择了“间歇聚合法”，像走台阶，一步错了立刻调整，哪怕多走几步，至少能看清方向。但这也意味着要面对“参数迷宫”——温度差1摄氏度、压力多0.1兆帕，都会让碳纤维断丝。
顶着巨大压力，团队成员们一头扎进实验室，支起行军床。“每天要记录上百组数据，再把错误参数一个个划掉。”有老研究员回忆，“最苦的时候，一天做20次实验，手指泡在化学药剂里脱皮，半夜惊醒都在想‘是不是纺丝速度没调好’。”
与此同时，在太原小店中试基地，原丝工程化试验线建设也在展开。
这场攻坚战并非孤军奋战。中国科学院统筹协调多家院属单位协同发力：化学研究所研制油剂，上海有机化学研究所、长春应用化学研究所承担上浆剂研制工作。
在大家共同努力下，一个个节点任务如期完成。
2007年6月，T300碳纤维中试取得阶段性成果。
2007年9月底，规模和产能更大的原丝线和氧化碳化产线在江苏扬州建成。
2008年6月30日，国家要求的最后期限，江苏扬州产线车间里，第一卷稳定量产的T300宇航级碳纤维缓缓卷出。自此，我国也成为继日本、美国之后第三个可以自主生产宇航级碳纤维的国家。
那天，没有任何庆祝。大家只是把材料样本小心翼翼包好，连夜送往北京——每个人深知，这只是开始。
此后，在全行业共同努力下，我国高性能碳纤维技术接连取得突破，T700、T800等牌号的碳纤维逐步实现突破和量产。
攀高——
新一代自主化技术研发要大步向前，决不能退缩
在国家政策与产业计划的支持下，我国高性能碳纤维生产工艺技术、装备技术及应用等取得了较大进展，但碳纤维行业相关技术水平总体上仍然落后于美、日等发达国家，关键领域碳纤维尚未实现单线数百吨级的稳定化生产。
“要满足高端装备用碳纤维及其复合材料全面自主保障需求，必须突破高强碳纤维低成本规模化生产技术、高强中模碳纤维及高强高模碳纤维稳定化生产技术。”山西煤化所副所长、项目负责人张寿春说。
碳纤维领域真正的“珠峰”是T1000及其以上级别的高性能碳纤维。这种能承载约200公斤载荷的超细纤维，拉伸强度超6600兆帕，对国之重器至关重要。
于是，瞄准这座更高的“山峰”，张寿春带领山西煤化所团队开始新的征程。
T1000高性能碳纤维的制造工艺叫做干喷湿纺，业内称之为“分水岭工艺”，也是国外封锁最严密的核心技术之一。
“简单说，干喷湿纺就是把高分子胶液从喷丝板挤出来，让液态细流在空气中‘飞’几毫米，再进凝固浴。”张寿春说。
别小瞧这几毫米，可难倒了无数工程师：大型设备喷丝板上密布成千上万个微米级微孔，高压流体高速喷涌，相当于数万根细流同时穿过空气层，不能有一丝抖动。工业环境中，机器震动、空调气流、液面波动等都可能导致细丝断裂。一根丝出问题就会影响周围成百上千根，造成原材料批量报废。
依然是没有任何参数可参考，从零起步。
“由于技术封锁，我们每一步都是在摸着石头过河。虽然艰辛，但新一代自主化技术研发要大步向前，决不能退缩。”张寿春说。
在一次研究讨论中，团队成员突然来了灵感。“这干喷湿纺工艺的过程不就类似咱们山西常吃的饸饹面的做法吗？把饸饹床往锅上一架，把和好的面放进去挤压。面和得软硬不一样，做出来的口感就不一样。咱们就想想怎么把面和得软硬适中，不容易往筛板上粘。”
绞尽脑汁进行研究方案设计与论证，专家和组员一次又一次研讨交流，思路不断完善、技术不断迭代，3年多时间里，无数日夜坚守与失败尝试后，团队终于成功自主研发出干喷湿纺工艺，并实现了T1000的实验室制备。
融合——
零下20摄氏度的车间里，“撕破”最后一道封锁线
新的难题又随之而来：实验室样品与工业化量产之间，横亘着一条工程化鸿沟，仅凭一家之力难以跨越。
就在这时，山西华阳集团成为重要合作伙伴。山西华阳集团前身为山西阳泉煤业，曾跻身世界500强，拥有全国最大无烟煤生产基地。
作为老牌国企，华阳集团正在积极进行转型探索，进军高性能碳纤维产业成为新的方向。
“我们的核心优势是拥有比较完善的煤化工产业链和生产管理经验。”山西华阳碳材科技有限公司副总经理刘勋说。
一边是有资金、懂工程却需要核心技术注入的企业，一边是有技术却缺产业化能力的科研团队，双方一拍即合。
2024年，大同市政府、山西华阳集团、山西煤化所共同签订协议，在大同共建高性能碳纤维生产基地。
2024年，项目正式迈入施工建设阶段。张寿春团队、华阳集团工程师团队组成联合团队，第一时间进驻大同基地。恰逢寒冬，车间温度零下20摄氏度，设备冻得漏油，他们裹着军大衣安装设备和调试参数，一守就是数月。
产业化过程充满挑战。
最险的一次，喷丝板刚换上，上千根丝突然集体断裂。团队排查3天，发现是管道坡度差了0.5度，导致胶液流动不均。“就像用吸管喝奶茶，角度不对就吸不上来。”张寿春说。
2025年11月，大同基地的T1000高性能碳纤维实现稳定量产。当第一卷材料下线时，华阳的老工人摸着丝卷，心情激动。
一条200吨/年的T1000产线，从动工到竣工仅用了17个月。速度背后，是坚持产学研用一体化推进路径与“政企研”协同创新模式的助力。
张寿春说：“通过紧密合作，科研人员和企业人员形成了高效的工作团队，共同克服了产线建设过程中的各种困难，确保了项目顺利推进。”
山西煤化所高级工程师王飞是碳材项目的现场负责人，2024年9月进驻现场后，他就一直奋战在一线。“每天下午6点左右，我们都要在现场开个碰头会，包括设备厂家人员和企业技术人员。会上，大家报告各车间的进展、安装进度、施工难度等，遇到什么问题就一起讨论，及时解决。”
有时也会产生分歧。比如，在对温度压力的控制方面。科研人员对精度的要求往往非常高，需要控制在0.2度就必须是0.2度，而有些企业人员对此却不太能理解：“为什么非得那么精确，差一两度不可以吗？”
“经过沟通磨合，大家的认识最终达成一致，合作也越来越默契与顺畅。”王飞说。
参与了从T300到T1000高性能碳纤维的研发过程，张寿春也有不少思考。“下一代产品一定得提前布局。碳纤维从基础研究到产业化整个流程很长，想要在一两年就有一个大的飞跃提升是很难的。”
未来几个月内，项目将完成生产线所有设备的调试优化工作。这里将成为国内高端碳纤维材料的重要生产基地，并有望为战略性新兴产业发展提供国产关键原材料支撑。
“这场与时间的角逐，我们仍在路上。”张寿春说。
《 人民日报 》( 2026年01月19日 19 版)
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