这种直径仅为6至7微米的细丝，其抗拉强度是普通钢的数十倍。一根1厘米见方的碳纤维束可承受70吨压力……2025年底，中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称“山西煤化所”）超越了第二代干喷湿法纺丝工艺，实现了T1000级高性能碳纤维的国产量产。此后，这一关键技术被中国科研团队用8年时间攻克。
被誉为“黑金”的高性能碳纤维材料，可以使汽车减重60%以上，可以植入人体骨骼或牙根，甚至可以保持5米多长的鱼竿的强度和耐用性……它的诞生发展是中国科研人员自主创新的又一生动注脚。
编织“黑金”碳纤维是轻质、高性能复合材料的首选。日本刚刚进入量产的T1000级高性能碳纤维是该材料领域的最新进展。
这一突破是在漫长的“物质长征”之后实现的。
21世纪初，当进口碳纤维供应被切断、先进设备面临“无米之炊”的困境时，在中科院院士史昌旭博士的号召下，国产化研究紧急启动。
“山西煤炭化学研究所在关键时刻接到任务，于2008年成功设计量产了航天级T300碳纤维，实现了‘无’与‘有’的突破。”山西煤炭化学研究所副所长张向春说。
此后，随着T700、T800的相继进步，国产碳纤维已经铺平了道路。在山里开辟了一条新路。下一个巅峰，T1000级高性能碳纤维，是一大技术难关。
2016年，张守春团队毅然转向第二代干喷湿纺技术。经过8年的自主探索，国内首条T1000级碳纤维示范线终于建成，并于2025年成功投产。
这种来之不易的T1000级碳纤维代表了怎样的性能水平？以下数字是评级。 T1000级意味着抗拉强度达到6600兆帕，比普通钢材强几十倍。 ”山西煤化工研究院高级工程师景德奇解释道。
国产量产的主要进展在于成功掌握了第二代干喷湿纺工艺。 “织造这种‘黑金’纱线的关键是称为湿干喷射纺纱的核心制备工艺。其本质是使内部碳纤维的结构比较规则。通过调整微晶尺寸，将原本无序的结构组织成规则的形状，比如将‘无序的多层织物’组织成‘有序的单层结构’，从根本上提高了其强度和稳定性。”张守春说，与基础高性能碳纤维T800相比，T1000级别的工艺控制点更多，精度要求更严格。
匠心纺“江门”
“干喷湿纺技术非常容易理解，与山西面条生产类似。原料精炼聚合过程相当于“拌面”，喷嘴凝固过程相当于“挤面”。不同的是，干喷湿纺采用低温工艺，可以减少纤维缺陷并优化纤维强度。从高精度模具中顶出，先加压、加速通过空气段充气，然后进入凝固阶段完全凝固，最终形成固体碳纤维。
受粘米粉生产的启发，研发团队经过三年的实验，通过调整原料的“软硬”、添加添加剂降低粘性，完善了干喷湿纺工艺。其中，湿法干法喷射纺丝采用精密喷丝板，将单丝尺寸精确控制在10微米左右，然后“束成股”，形成12K丝束。同时，实时解决喷嘴孔堵塞等缺陷，确保每根纤维束质量稳定，提高性能。
但“实时”和“稳定”从来都不是一件容易的事。 “最麻烦的问题是调试完后突然不稳定。我们开了10多次分析会，组织了整个流程，针对这个问题花了近一个月的时间。Fi最后，我们发现设备稳定性存在重大问题。”张守春坦言。
一旦产能扩大，对研发团队的一个关键考验就是如何保持产品的一致性。 “这就像在一个大锅里准备食物。 “配料越多，就越难混合均匀，也就越难让每一口味道都一样。”山西煤化工研究院高级工程师王飞说。
令人惊奇的是，研发团队最终一一解决了上述互联问题。此时，纺丝厂设备高速旋转，从精密喷丝板喷出的原丝被均匀碳化，在生产线末端转化为漆黑、具有金属光泽、表面光滑的高性能碳纤维。
实现稳定量产，为人民生活做出贡献。
实现稳定量产只是这场“制造业长征”的上半场下半年研发团队的持续努力体现在碳纤维的使用上，即推动产业化，在更多领域实现干喷、湿纺碳纤维的进口替代，确保我国在该领域的持续竞争力。
不同级别的碳纤维有不同的应用场景。 “在新能源方面，它可以用在风力涡轮机的巨大叶片上，也可以用在一些新的储能装置上，这确实可以帮助减少碳排放。”德奇说：“在医疗方面，碳纤维制成的骨板和牙根很容易被人体接受，不易排斥。另外，X光检查时没有干扰，医生看得清楚，诊断和治疗更容易。”
张守春认为，国产碳纤维要广泛应用于国内外重大工程、战略性产业，最终造福人民。为了人民的生活，大规模、低成本的生产必须继续下去。
（光明网记者 崔成义 通讯员 徐博彦）【编辑 杨毅】
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