他们为中国高性能碳纤维闯出一片天(中)

吹响集结号

2005年5月16日,吕春祥写出了T300碳纤维工程化研制项目建议书的初稿;7月末,山西煤化所将完善后的建议书上报给国家有关部门,申请承担宇航级T300碳纤维的工程化研制任务。

在讨论T300碳纤维技术方案时,大家发现,碳纤维生产所需的两种关键辅料还没有着落,一是油剂,二是上浆剂。

油剂和上浆剂分别被用在原丝生产和氧化碳化几个关键环节,它们既能让几千根丝合成一股不散,又能保证被合成股的线搓回丝状。更重要的是,这两种辅料直接影响碳纤维的表面结构和之后制成的复合材料的性能。

那年秋天,一次会议上,中国科学院开始组织多个实力雄厚的院属单位共同参与项目攻关,其中化学研究所(以下简称“化学所”)负责研制油剂,上海有机化学研究所(以下简称“上海有机所”)、长春应用化学研究所负责研制上浆剂。

任务布置后,各所的参会代表吃了顿午饭。饭桌上,大家嘴上打趣说“这是‘鸿门宴’”,心里却憋了一股劲,“干不成就提头来见”。

接到任务后,各个研究所分头行动起来。例如,上海有机所在时任所长姜标的领导下,迅速聚集单位里在有机化学研究领域的核心技术力量,形成一支以曹阿民研究员为核心的十余人攻关团队,包含了高分子化学、纺织材料、复合材料等多领域的人才队伍,开始对上浆剂进行集中研发攻关。

就在中国科学院以建制化力量支撑宇航级碳纤维研制时,山西煤化所内部也在集结攻关队伍。

研究所级别的攻关总体组很快成立,所长孙予罕任组长,吕春祥和时任所长助理李燕生任副组长。所里多个研究部门的优秀科研人员聚集起来,形成了一支20多人的核心团队和百余人参与的攻关队伍,所里又增派副所长韩有清驻扎工程试验现场协调处理问题。攻关总体组还采用了航天工程“两总制”组织管理方式,由孙予罕负责项目统筹、吕春祥负责技术攻关。

随后,国家项目正式批复。国家成立专门的攻关领导小组,中国科学院为成员单位。

就这样,在国家项目经费和中国科学院配套经费的支持下,山西煤化所承担起宇航级碳纤维工程化的科研攻关任务和生产线建设任务。

2006年3月22日,中国科学院2006年度工作会议再次强调,“中国科学院作为国家战略科技力量”,要“着力提高保障国家安全的能力,并为我国未来和长远发展积累雄厚科技基础”。

此时,在太原小店中试基地,攻关项目负责同志、高性能碳纤维技术业务骨干围坐在一起,对着一块大白板,一步步倒推进度节点,分析每个环节可能遇到的技术挑战和工程难题。在白板密密麻麻的字迹里,一张小店试验线建设的“作战图”浮现出来。图的左侧写着工程节点时间,右侧标注了每个人的任务分工。

看着“作战图”上的时间节点,孙予罕走到吕春祥面前,轻声问:“小吕,行不行?”

“行!”吕春祥说。此刻,他默默地告诉自己:“豁出去了,不行也得行。”

小店试牛刀

“作战图”里,有两个让吕春祥压力很大的节点,一是“4月24日,成线可看”,二是“4月30日,纺出原丝”。

这两个节点,都与原丝工程化试验线有关。

T300碳纤维用的原丝,类似日常生活中常见的腈纶。当时,山西煤化所在原丝工程化试验线上的建设经验,不及在氧化碳化线上的建设经验丰富。适合T300的原丝工程化试验线的建设,成了小店中试试验过程中最难啃的一块“硬骨头”。

吕春祥马不停蹄地带着团队设计工艺流程,研制聚合釜、脱单塔、喷丝头、蒸汽牵伸机等关键设备,寻找合适的生产原料……

2006年4月23日,周日,原丝工程化试验线迎来管道注水冷试车的节点。然而,晚上11点多,安装工作负责人突然发现水灌不进去。大半夜,安装工作负责人急得直掉眼泪。此时,距离安装成线的最后期限只剩下不到24小时。

最后,经过20个小时的查探和处理,4月24日晚上10点,问题终于得到解决。

4月30日,又是一个周日,下午5点,原丝工程化试验线收取了数轴亮白的原丝。“这是小店原丝工程化试验线研制过程中的一个重要进展。”吕春祥回忆。

但是,没有人停下来庆祝,因为后面还有一道道难关等着他们,首要难关就是确保原丝性能的稳定。

之后,根据原丝的质量,科研人员反过来再调整试验线上的工艺。历经半年,试验近百釜,原丝性能终于稳定下来。

与此同时,上海有机所的上浆剂和化学所研制的油剂也取得突破。例如,上海有机所团队攻克了上浆剂与碳纤维表界面分析及匹配、树脂关键原材料合成制备、乳液配方体系优化、均质乳化分散技术等难题,最终研制得到适合于T300碳纤维的K系列专用水性乳液型上浆剂,破解了T300碳纤维无上浆剂可用的困境。

那段时间,小店中试基地的一举一动都牵扯着大家的心。吕春祥干脆住在基地的板房里,最久的一次有18天没回家。中国科学院安排蔡榕作为项目“专务”每周去小店试验现场实地了解工程进展。用户单位的技术人员也时常住在基地,和研究团队共同讨论技术问题,协商进度。

2007年6月,太原小店中试基地的T300碳纤维工程化试验取得阶段性成果,批量制品达到T300碳纤维的基本指标。但是,由于当时技术认识水平和装备水平的局限性,工程化试验线还存在精度不够、产能不足的问题。

“需要建设更高水平、更大规模的工程化试验线,全面扫清科研转批产的障碍。”吕春祥说。

于是,项目团队随即进入下一攻关阶段——在江苏扬州建设产能更大的原丝线和氧化碳化线。(记者倪思洁)

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