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(shù)
中國用聚丙烯腈為原料生產(chǎn)碳纖維的研究始于1962年,起步可謂不晚,但長期未取得實質(zhì)性進展。由于碳纖維在航空航天等國防工業(yè)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(zhuǎn)讓生產(chǎn)技術(shù)。
20世紀70年代,美國在戰(zhàn)略導(dǎo)彈和作戰(zhàn)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(tǒng)認定,我國戰(zhàn)略武器和軍用飛機采用樹脂基復(fù)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(nèi)碳纖維研究工作,并制定了10年發(fā)展規(guī)劃,組織了原絲、碳化、結(jié)構(gòu)材料、防熱材料、測試檢驗技術(shù)5個攻關(guān)組,安排20多家研究和單位企業(yè)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(xù)生產(chǎn)出不同質(zhì)量的原絲和碳纖維,雖然其力學性能較差、穩(wěn)定性不好,但畢竟解決了有無問題,并應(yīng)用于某些型號的非結(jié)構(gòu)件。
1978年5月,國家科委恢復(fù),碳纖維轉(zhuǎn)由科委為主管理,我由當時的石化部調(diào)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(jīng)費,力圖把碳纖維質(zhì)量抓上去,碳纖維質(zhì)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(chǎn)品質(zhì)量差距越拉越大,無法用以制備大量需要的航空航天結(jié)構(gòu)材料。
由于碳纖維研究陷入困境,各單位把希望轉(zhuǎn)向引進國外先進設(shè)備和技術(shù)。1984年,上海碳素廠試圖引進美國Hitco碳化設(shè)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(tǒng)籌條約”限制,不轉(zhuǎn)讓技術(shù)、不出售設(shè)備,只有英國RK公司同意出售大絲束預(yù)氧化爐和炭化爐。吉林化學工業(yè)公司經(jīng)過談判、考察,最終購買了一些碳化設(shè)備及相應(yīng)測試儀器。1990年經(jīng)多次試車,預(yù)氧化爐尚可,炭化爐始終開不起來。
1986年,聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)和聯(lián)合國工發(fā)組織(UNIDO)批準在北京設(shè)置“碳纖維及其復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)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(shè)備和技術(shù),最后由北京化工學院提供工藝參數(shù),委托英國RK公司加工預(yù)氧化、炭化中試線。項目歷經(jīng)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(shè)備均未能正常運轉(zhuǎn),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(shù)水平的碳纖維公司,無論從政治角度還是商業(yè)角度都不可能向我國轉(zhuǎn)讓技術(shù)或出售設(shè)備。同意轉(zhuǎn)讓技術(shù)、出售設(shè)備的大多是一些小公司,其技術(shù)水平雖總體上高于中國,但技術(shù)偏低,甚至不過關(guān),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(shù)沒有根本性突破,碳纖維產(chǎn)業(yè)沒有建立。這在我國新材料研發(fā)中是為數(shù)不多的失敗案例。雖然國防事業(yè)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(nèi)都不愿或不敢大量投資,使碳纖維研發(fā)成為一塊令人望而生畏的“燙手山芋”。
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