装备国产化率达95%，江苏造出高端“黑色黄金”
□ 本报记者 张 宣
近日，中国建材集团三条高性能碳纤维生产线在位于我省的中复神鹰连云港基地集中投产，构建起全球最大“高强—高模—大丝束”碳纤维产品矩阵，核心装备国产化率达95%以上。这是继去年我国全球首发SYT80（T1200级）超高强度碳纤维规模化量产后，国内碳纤维产业的又一次重要突破。三条产线产能均居全球同类型产品首位，产品将供应航空航天、新能源、高端制造、民生福祉等领域。
“现在差异化碳纤维产品整体供不应求。”中复神鹰碳纤维股份有限公司副总经理金亮在投产现场说，新产线产能主要用来填补现有订单缺口。他介绍，千吨级SYT70(T1100级)产线对接航空航天、高端装备的需求，5000吨SYT45S-48K大丝束产线供应风电、新能源等市场，600吨M40级以上高模产线瞄准电子3C、无人机等高端场景。
金亮回忆，不管从装备还是工艺等核心技术，从最早的百吨级试验线，到西宁2.5万吨基地，再到今天的连云港项目，20多年里走的每一步，都是被“卡脖子”逼出来的完全自主创新路。
装备国产化的过程并非一帆风顺。金亮记得，早几年氧化炉的温度均匀性问题曾困扰团队很久，国外设备价格是国产的3倍，安装调试还不许中方人员靠近核心部件。“当时我们就憋着一口气，自己画图纸、做试验，光氧化炉的风场结构就改了20多版。”他说，现在的核心设备已全部实现自主设计、自主制造，剩下不到5%的小众配件，团队也在逐个攻关。
干喷湿纺技术的突破，是十年磨一剑的结果。早在2009年前后团队就开始攻关，当时国际上只有日本东丽掌握成熟工艺，国内没有任何可借鉴经验。“最早做试验的时候，一开车就断丝，整个车间产出来的都是废丝，一天能清理出几麻袋。”金亮说，团队花了近3年时间，反复调整凝固浴浓度、空气层高度、牵伸比等参数，才摸透工艺规律，也正是凭借这项关键产业化技术，他们拿到了2017年度国家科技进步奖一等奖。
这次投产的48K大丝束产线，背后也有一段曲折故事。2023年团队带着这款产品去法国参加全球复合材料展，一开始国外客户根本不相信中国企业能做出干喷湿纺大丝束，直到现场做完性能检测，才纷纷递来订单。“我们的产品综合性能优异，客户生产的同等制品性能下，可以少用10%左右的材料。”金亮说，现在这款产品订单已经排到明年，新产线就是为了赶工期。
高模量碳纤维的量产，补上了国内产业链的一块短板。此前国内高模碳丝基本依赖进口，不仅价格昂贵，供货周期还长达半年以上。“以前我们做试验，一次买几十公斤高模碳丝，都要等好几个月，对方还不一定卖。”金亮说，高模碳丝需要近3000℃高温石墨化处理，温度高了强度下降，温度低了模量上不去，团队前后做了上百次工艺试验才找到平衡点，这次的600吨产线是国内首条量产级高模碳丝生产线。
4米幅宽产线的工程化难题，曾让工程师们熬了无数个通宵。要在4米宽幅面上保证3万多根细丝粗细均匀、全程不断丝，难度不亚于在4米宽的跑道上让3万个人并排跑完全程不摔倒。“这次新线从开车到稳定量产只用了一周，良品率达80%。”金亮说，这背后是西宁基地多条产线积累的经验，加上新上线的全流程在线监测系统，才实现了快速达产。
在生产车间，整条产线几乎看不到工人，所有参数都在中央控制室集中调整。“现在只要几个人巡检，所有温度、张力、流量都是自动控制。”金亮说，60立方米的聚合反应釜，以前人工控温误差在半摄氏度左右，现在数字化系统能把误差控制在0.2摄氏度左右，从源头保证了碳丝质量稳定。这套系统是团队用近十年时间、采集几百万组工艺数据训练出来的。
“现在碳纤维的理论强度我们只发挥出来8%左右，还有很大提升空间。”中复神鹰碳纤维股份有限公司总经理助理、科技发展中心主任刘栋告诉记者，接下来团队重点做三件事：一是继续提升基础性能，保持技术领先；二是通过技术进步和规模效应降低成本；三是拓展更多应用场景。今年他们专门成立了应用研发中心，和下游客户共同开发航空航天、轨道交通、低空经济等领域的新用法。
说起碳纤维生产，刘栋用“在针尖上跳舞”来形容。白色原丝要经过预氧化、低温碳化、高温碳化等多道工序，整个过程有3000多个工艺控制点，产线总长近一公里。“从有机纤维变成无机纤维，既要脱除其他元素，又要保证每根丝不被拉断，还要让碳原子排列整齐。”他说，整个过程横跨多个学科，任何一个参数出问题整批丝就报废了，这也是碳纤维被称为“黑色黄金”的原因。
业内专家分析认为，此次三条产线投产，标志着国内碳纤维产业迎来“技术+产业”双领先、“高端化+规模化”双跃进的全新里程碑，全谱系产品自主可控能力大幅提升。“但也要看到，目前行业仍面临高端应用验证周期长、民用市场渗透率不足、部分关键辅材仍依赖进口等问题。”专家表示，下一步，国内碳纤维企业将在继续攻关核心技术的同时，重点向下游应用延伸，通过产业链协同降低综合成本，推动碳纤维从高端装备领域走向更广阔的工业和民用市场，真正实现这一战略新材料的普惠化应用。