打破美日20年封鎖，國產(chǎn)高端碳纖維量產(chǎn)

在山西大同一條智能化的生產(chǎn)線上，一根直徑僅頭發(fā)絲十分之一的黑色絲線，正源源不斷地從幾千個微孔的噴絲板中擠出，標(biāo)志著中國在高性能材料領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了一次歷史性的跨越。

01

“黑色黃金”破繭

碳纖維，被譽(yù)為“新材料之王”，曾長期被國外壟斷。它比鋼強(qiáng)五到七倍，卻輕如鋁，是航空航天、國防軍工等尖端領(lǐng)域的“黑色黃金”。

由于技術(shù)封鎖，我國高端碳纖維長期依賴進(jìn)口，屢屢面臨“斷糧”危機(jī)。

2025年年底，一條位于山西大同的T1000級碳纖維示范產(chǎn)業(yè)線正式投產(chǎn)。這條由中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所（以下簡稱“山西煤化所”）與山西華陽碳材科技有限公司共建的生產(chǎn)線，不僅產(chǎn)出合格產(chǎn)品，更實(shí)現(xiàn)了從原料到裝備的全流程自主可控。

這抹亮麗的黑色背后，是一場從“無米下炊”到“高端迭代”的持久材料創(chuàng)新攻堅，更是一條從實(shí)驗(yàn)室邁向廣闊天地的獨(dú)特產(chǎn)業(yè)化路徑。

02

一場持續(xù)二十年的材料長征

本世紀(jì)初，我國高端裝備領(lǐng)域曾一度面臨碳纖維“斷糧”的嚴(yán)峻困境。由于日本、美國等國的嚴(yán)密技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，許多國家重要尖端裝備陷入“無米下炊”的境地。

碳纖維，這種含碳量超過90%、強(qiáng)度是鋼的5至7倍、重量卻比鋁還輕的戰(zhàn)略材料，素有“黑色黃金”之稱，是航空航天、國防軍工等領(lǐng)域不可或缺的基石。2005年前后，國外參展商甚至一看到中國科研人員的胸牌便立刻阻止其接近碳纖維展臺，這種“連看都不讓看”的屈辱，深深刺痛了國內(nèi)科研人員。

在師昌緒等院士的呼吁下，國產(chǎn)碳纖維攻關(guān)緊急啟動。山西煤化所臨危受命，承擔(dān)了國家急需的宇航級T300碳纖維量產(chǎn)任務(wù)。面對日本東麗公司用15年走完的路，中國團(tuán)隊(duì)被要求用3年時間完成從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的全過程。

沒有經(jīng)驗(yàn)可循，團(tuán)隊(duì)選擇了不同于國外主流“連續(xù)聚合法”的“間歇聚合法”路線，像走臺階一樣，一步一個腳印地摸索。團(tuán)隊(duì)成員支起行軍床，每天記錄上百組數(shù)據(jù)，手指被化學(xué)藥劑泡到脫皮，終于在2008年6月30日的最后期限前，成功卷出第一卷穩(wěn)定量產(chǎn)的T300宇航級碳纖維，使我國成為繼日、美之后第三個掌握該技術(shù)的國家。

這實(shí)現(xiàn)了從“無”到“有”的突破，但所有人都明白，這只是漫長征程的開始。

此后，國產(chǎn)碳纖維開啟了艱難的爬坡之路：T700、T800級碳纖維相繼實(shí)現(xiàn)突破和量產(chǎn)。然而，碳纖維領(lǐng)域真正的“珠峰”——T1000及其以上級別的高性能碳纖維，因其極高的技術(shù)壁壘，仍然是國外封鎖最嚴(yán)密的核心。這座“山峰”能否攻克，關(guān)系到國之重器的升級換代。

03

第二代干噴濕紡工藝的“八年征途”

攀登T1000這座技術(shù)高峰，意味著必須換一條更陡峭的路徑。2016年，在完成濕法工藝T800級碳纖維研制后，張壽春團(tuán)隊(duì)毅然轉(zhuǎn)向當(dāng)時更前沿、難度也更大的第二代干噴濕紡技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)的本質(zhì)，是通過精密控制，將碳纖維內(nèi)部原本雜亂的多層微觀結(jié)構(gòu)，梳理成整齊有序的單層形態(tài)，從而從根本上提升其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

為攻克這項(xiàng)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)投入了長達(dá)八年的“自主探索”。張壽春用山西特色面食“饸饹面”來比喻這個過程：原料純化聚合相當(dāng)于“和面”，噴絲固化好比“壓面”。

但“壓”出性能均勻、直徑僅5-6微米的超細(xì)絲，需要的是極端精密的工藝控制。T1000級的工藝控制點(diǎn)比T800級更多，精度要求更嚴(yán)格，任何微小的波動都可能導(dǎo)致整批產(chǎn)品不合格。

2025年，團(tuán)隊(duì)建成首條T1000級碳纖維國產(chǎn)化示范線并成功投產(chǎn)。他們生產(chǎn)的T1000級碳纖維，抗拉強(qiáng)度突破6600兆帕，這意味著一根一米長、重量僅0.5克的碳纖維，就能輕松承受200多公斤的拉力，相當(dāng)于三個成年人的體重。

實(shí)驗(yàn)室的成功，只是萬里長征的第一步。從中試裝置放大到規(guī)模化生產(chǎn)線，被稱為“死亡之谷”，無數(shù)科技成果在此折戟。

2025年9月，示范線產(chǎn)出合格產(chǎn)品，但穩(wěn)定性卻出現(xiàn)波動。為了揪出根源，團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了“冰火兩重天”的一個月。聚合車間悶熱難當(dāng)，體感溫度逼近50攝氏度；而紡絲車間則需要低溫環(huán)境，異常寒冷。

團(tuán)隊(duì)成員每天在兩個車間穿梭十幾趟，汗流浹背地檢查每一個閥門與儀表。最終，問題被鎖定在一個選型不當(dāng)?shù)牧髁靠刂崎y上，它導(dǎo)致了局部工藝環(huán)境的細(xì)微不穩(wěn)定。

更換部件后，穩(wěn)定性難題迎刃而解。2025年11月中旬，當(dāng)連續(xù)十多個批次的性能檢測報告均顯示完美達(dá)標(biāo)時，整個團(tuán)隊(duì)倍感欣慰與激動。

這條生產(chǎn)線關(guān)鍵裝備已全部國產(chǎn)化，采用自主研發(fā)的干噴濕紡技術(shù)路線，突破了大容量原液高效聚合、多紡位原絲織態(tài)控制等核心工藝。

04

破局之鑰

全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控

國產(chǎn)T1000級碳纖維的規(guī)模化量產(chǎn)，其意義遠(yuǎn)不止于打破一項(xiàng)產(chǎn)品封鎖。它標(biāo)志著中國在高端碳纖維制備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全流程的自主可控，解決了又一個“卡脖子”問題。

從國家戰(zhàn)略安全角度看，它為我國航空航天、新能源、低空經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域提供了自主可控的材料基石，保障了國家戰(zhàn)略物資的安全。

在產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)層面，它將引發(fā)下游應(yīng)用領(lǐng)域的連鎖反應(yīng)。在新能源領(lǐng)域，可用于制造更輕、更強(qiáng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片；在醫(yī)療領(lǐng)域，碳纖維制成的接骨板和牙根，生物相容性更好，且不會干擾X光影像。

在更廣闊的民用市場，從高性能自行車、釣竿到高端汽車輕量化部件，國產(chǎn)T1000級碳纖維將逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，降低下游產(chǎn)業(yè)成本，提升整體競爭力。

05

點(diǎn)評

從“并跑”到“領(lǐng)跑”的新征程

實(shí)現(xiàn)T1000級碳纖維的穩(wěn)定量產(chǎn)，只是這場“材料長征”的上半場。張壽春團(tuán)隊(duì)的目光，已經(jīng)投向了更高強(qiáng)度的T1200、T1500級碳纖維。

下一步的挑戰(zhàn)，在于如何實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、低成本的生產(chǎn)，使這種“黑色黃金”能夠廣泛應(yīng)用于國家重大工程與戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，并最終惠及民生。

這不僅需要持續(xù)的技術(shù)研發(fā)，還需要構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，推動下游應(yīng)用開發(fā)，形成“研發(fā)-生產(chǎn)-應(yīng)用”的良性循環(huán)。