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師昌緒與中國碳纖維研究
2010-12-13  來源:科學時報

久攻難克的碳纖維技術
 
中國用聚丙烯腈為原料生產碳纖維的研究始于1962年,起步可謂不晚,但長期未取得實質性進展。由于碳纖維在航空航天等國防工業中有重要用途,西方國家將其視為軍用物資,對中國“禁運”,更不轉讓生產技術。
 
20世紀70年代,美國在戰略導彈和作戰飛機中開始使用碳纖維增強樹脂材料,使得武器性能大幅度提高。我國國防科技系統認定,我國戰略武器和軍用飛機采用樹脂基復合材料代替金屬也勢在必行。
 
1975年,當時國防科工委主任張愛萍親自主持召開了一次專題會議,部署國內碳纖維研究工作,并制定了10年發展規劃,組織了原絲、碳化、結構材料、防熱材料、測試檢驗技術5個攻關組,安排20多家研究和單位企業參加。這次會議對促進中國碳纖維研究起到了重要推動作用,參與單位陸續生產出不同質量的原絲和碳纖維,雖然其力學性能較差、穩定性不好,但畢竟解決了有無問題,并應用于某些型號的非結構件。
 
1978年5月,國家科委恢復,碳纖維轉由科委為主管理,我由當時的石化部調國家科委二局新材料處,主管碳纖維項目。新材料處把碳纖維視為重中之重,花了很大精力和經費,力圖把碳纖維質量抓上去,碳纖維質量雖有所提高,卻一直難以有大的突破,特別是不勻率高、毛絲多,力學性能也上不去,和國外產品質量差距越拉越大,無法用以制備大量需要的航空航天結構材料。
 
由于碳纖維研究陷入困境,各單位把希望轉向引進國外先進設備和技術。1984年,上海碳素廠試圖引進美國Hitco碳化設備,最終被美國國防部否決。世界各知名碳纖維公司均囿于“巴黎統籌條約”限制,不轉讓技術、不出售設備,只有英國RK公司同意出售大絲束預氧化爐和炭化爐。吉林化學工業公司經過談判、考察,最終購買了一些碳化設備及相應測試儀器。1990年經多次試車,預氧化爐尚可,炭化爐始終開不起來。
 
1986年,聯合國開發計劃署(UNDP)和聯合國工發組織(UNIDO)批準在北京設置“碳纖維及其復合材料的開發應用”項目,由北京化工學院和北京航空材料研究所共同承擔。因為沒有廠家愿意出售設備和技術,最后由北京化工學院提供工藝參數,委托英國RK公司加工預氧化、炭化中試線。項目歷經磨難,幾次因“可能有用于軍事”而險些遭到封殺,原定3年完成的項目拖了7年,1993年6月才勉強“驗收”,實際上并未能正常運行。
 
兩套引進設備均未能正常運轉,所謂的外國專家也無能為力,引進單位有苦難言,十幾年后都當廢鐵賣了。具有較高技術水平的碳纖維公司,無論從政治角度還是商業角度都不可能向我國轉讓技術或出售設備。同意轉讓技術、出售設備的大多是一些小公司,其技術水平雖總體上高于中國,但技術偏低,甚至不過關,無先進性可言。
 
在幾十年的風風雨雨中,盡管也取得了多方面成績,但一個嚴酷的事實是:碳纖維技術沒有根本性突破,碳纖維產業沒有建立。這在我國新材料研發中是為數不多的失敗案例。雖然國防事業迫切需要,但一連串的失利嚴重挫傷了各方面的信心,國家各部門在20世紀后期的10多年內都不愿或不敢大量投資,使碳纖維研發成為一塊令人望而生畏的“燙手山芋”。
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(責任編輯:佳)
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