在2018年度國家科學技術獎勵大會上,“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化關鍵技術及應用”項目獲得了國家科技進步一等獎。該項目第一完成人、中復神鷹碳纖維公司董事長張國良傾注所有精力,率隊攻克種種技術難關,實現了碳纖維產業化,打破了國際封鎖,為我國經濟發展和國家安全做出了卓越貢獻,堪稱中國碳纖維產業的改革先鋒。
做中國人自己的碳纖維
上世紀60年代,我國與國外其實是同時起步開始做碳纖維的。幾十年來我們也投入了很大的人力、物力、財力,在碳纖維從理論到實踐方面做了很多研究,并取得了很大進步。比如,實驗室已經能夠做出很多很好的碳纖維,但碳纖維的工程化、大規模生產,還是在2000年以后。2001年的時候,我們國家材料學界的泰斗,兩院院士師昌緒老先生,就給當時的江澤民總書記寫信談到,我國科技界必須要解決兩大問題,第一是芯片,第二是碳纖維,不解決這個兩大問題,我們以后會碰到一些問題。
重重困難擺在想要改寫碳纖維歷史的連云港鷹游紡機集團有限公司、中復神鷹碳纖維有限公司董事長張國良的面前:既沒有設備參考,也沒有相關資料,對于碳纖維行業幾乎一無所知,同時又面臨國外技術封鎖。他幾乎查遍了所有能找到的有關碳纖維的信息,記下了3000多個生產碳纖維的主要工藝數據。2005年9月,張國良將自己效益頗豐的鷹游紡機集團交給職業經理人打理,帶著7000 多萬元現金,以門外漢的身份,一心撲在了碳纖維事業上,在連云港郊外一片長滿蘆葦的鹽堿灘上開始了產業化攻關。
9月29日,碳纖維項目正式立項,張國良將此稱之為“九二九工程”。碳纖維攻關的廠房建設和設備安裝、調試,幾乎在以超常規的速度和時間進行著賽跑。張國良白天在現場與一線技術人員、操作工一起探討技術問題,晚上躺在床上梳理思路,凌晨三四點鐘醒來不忍心給車間的技術人員打電話,就把自己太太叫醒,給她講自己的思路和想法,更主要的是再理一遍思路,一早上班好與他們交流……每天都這樣重復著。
在沒有國內經驗可以借鑒、國外技術又遭封鎖的情況下,張國良及其團隊完全憑借自己的摸索搭建起年產500噸碳纖維原絲生產線,并且開始試產。這是一個高分子化學反應過程,原料是易燃、易爆的物質,反應過程中如果有稍微的操作或控制不當,嚴重的就會出現爆炸事故。這個充滿希望也充滿危險的啟動按鈕由張國良親自按下,沒有出現想象中最壞的情況,但是試生產的過程也并不成功,問題層出不窮。張國良和技術人員、工人們一起在生產線旁連續吃住了74天,解決了數不清的大小問題,終于生產出了合格的原絲。
隨著生產線規模不斷擴大,技術成熟度不斷提升,2007年,中復神鷹成功生產出第一批碳纖維;2010年,1000噸T300級碳纖維規模生產,打破了發達國家對國內碳纖維市場的長期壟斷。
突破干噴濕紡碳纖維難題
我國在濕法碳纖維技術上取得了重要進展,國際上的碳纖維強國也沒有停步放松,他們同期在全力發展干噴濕紡技術。與濕法碳纖維相比,采用干噴濕紡工藝,力學性能大幅提升、生產效率顯著提高、能耗大幅較低,成為高性能碳纖維的全新技法。干噴濕紡也是當今碳纖維行業公認的難以突破的紡絲技術,僅有日本 Toray和美國 Hexcel兩家企業掌握,其制備技術及裝備一直被壟斷和封鎖著。
張國良敏銳地意識到,發展干噴濕紡技術是今后碳纖維的主流。他果斷吹響了向 T700以上級碳纖維進軍的號角。他深知,通用級T300碳纖維已難以適應航空及新興工業對高性能碳纖維的需求,干噴濕紡工藝生產的 T700以上級碳纖維是現代化國防之急需,是國防尖端設備制造中最重要的新材料,這種新材料在抗變形、耐溫差、減輕重量等方面都發揮著至關重要的作用。
經過3年多的艱苦摸索和實驗,中復神鷹立足自主創新,終于突破了干噴濕紡碳纖維的核心技術難題,取得了一系列重大科技成果。他們創新開發了大容量聚合與均質化原液制備技術,攻克了高強/中模碳纖維原絲干噴濕紡關鍵技術,自主研制了PAN纖維快速均質預氧化、碳化集成技術,首次構建了具有自主知識產權的干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業化生產體系。通過工藝和裝備的集成創新,實現了高性能碳纖維高效生產,產品達到國際同類產品先進水平,成為我國首個、世界第三個攻克干噴濕紡工藝難題的企業,填補了國內以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產技術的空白,打破了國外巨頭在中國市場的長期壟斷。
干噴濕紡T1000級碳纖維的研發2015年啟動,2016年實現了中試技術,在此基礎上,進行了工程化技術攻關,實現了從試驗到百噸級規模化生產的重大突破,在關鍵技術和核心裝備方面具有完全自主知識產權,產品將解決國家對高端材料的急需。2018年,T1000級碳纖維工程化取得突破性進展,完全自主研發的百噸級T1000碳纖維生產線實現投產且運行平穩。這標志著我國高性能碳纖維再上一個新臺階,邁入了向更高品質發展的新時代。
目前中復神鷹已系統掌握了T700級、T800級千噸級技術和T1000級、M30級、M35級百噸級技術,在國產碳纖維市場的占有率連年達到60%以上,極大促進了我國碳纖維復合材料產業的發展。張國良表示,今后要將國產化貫穿于整條生產線,真正掌握碳纖維生產核心技術,更好地服務于碳纖維及復合材料終端用戶。
“帆歡勁風滿,破浪如追奔。”如今,站在行業制高點的鷹游紡機人凝心聚力踏上新征程,扛起繼續圓夢碳纖維“中國造”的沉甸甸國家責任。