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有一種纖維，只有頭發(fā)絲的十分之一細(xì)，纖維束強(qiáng)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(jī)、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(yù)為“黑色黃金”的碳纖維。日前，記者走進(jìn)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(zhǔn)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’。”潘鼎教授告訴記者。粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青等有機(jī)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(jì)80年代，我國頭號戰(zhàn)略武器面臨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(qiáng)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，讓我國由此成為上第三個掌握航天級高純粘膠基碳纖維研制技術(shù)的。
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(jī)、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(jī)，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(jī)身更輕，飛得更快，更重要的是，強(qiáng)度得以加強(qiáng)，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(qiáng)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(dá)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)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。
