碳纤维，2000℃下纹丝不动

    有一种纤维，只有头发丝的十分之一细，纤维束强度却是钢的4-5倍。它不仅能助力导弹成功飞天，而且用它来造大飞机、汽车、轮船，能大幅减重提速，用它来做自行车、高尔夫球棒、钩鱼竿，又轻又耐用……这种材料就是被誉为“黑色黄金”的碳纤维。日前，记者走进东华大学材料科学与工程学院潘鼎教授的实验室，领略了碳纤维的神奇之处。
　　实验室里，潘教授剪出一束黑色的碳纤维原丝，拴在200克的砝码上，挂在支架上，然后用2000℃高温的喷火枪对准碳纤维，不仅没有被烧断，而且碳纤维摸上去也不烫，外观一点变化都没有。
　　“制备碳纤维的过程，简单讲就是‘原丝+碳化’。”潘鼎教授告诉记者。粘胶丝、聚丙烯腈或沥青等有机母体纤维，经过1000℃～3000℃高温的惰性气体处理，结果是除碳以外的所有元素都予以去除。潘鼎教授回忆，上世纪80年代，我国头号战略武器面临后两项久攻不克的遗留难题。其中一个“拦路虎”就是航天级高纯粘胶基碳纤维。作为洲际导弹弹头防热层关键材料，航天级高纯粘胶基碳纤维的性能、品质直接关系到飞行的质量及成败。因其原料要求极高、制备技术极难，当时只有美、俄两个超级大国拥有。
　　“难关攻不下，导弹上不了天！”潘鼎教授领衔的碳纤维项目组临危受命，采用棉浆基纤维素为原料，先后攻克了“原丝、工艺、强度、排废”等难关，苦战4年，在碳纤维生产的基础理论、工艺技术和制备等方面获得了突破，成功研制了航天级高纯粘胶基碳纤维，让我国由此成为上第三个掌握航天级高纯粘胶基碳纤维研制技术的。
　　为了新材料产业“换代升级”，科学家又投入了聚丙烯腈基碳纤维的持续攻关。和粘胶基碳纤维相比，聚丙烯腈基碳纤维也用于国防军工，但其涉及的民用领域更广泛，不仅飞机、汽车等交通工具可用，建材、医疗器械、体育用品等方面也大有可为。比如飞机，以前多用的是铝合金耗材，有疲劳极限，换做聚丙烯腈基碳纤维材质，不仅机身更轻，飞得更快，更重要的是，强度得以加强，断裂几率大为降低，安全系数也得到很大提高；再比如，沿海城市的空气里盐多，高架桥建造中也用碳纤维，增强了耐腐蚀性；现在已经飞入寻常百姓家的超轻自行车、羽毛球拍也是由碳纤维材料做成的。
　　预计到2015年，国内碳纤维产能需求将达1.2万吨。因此，碳纤维研究中既要注重基础研究，又要与企业协同创新，实现技术与工艺的创新，“就是既要弄清楚原理，知道‘为什么’，又要搞明白方法，晓得‘怎么做’、‘怎么产业化’”。为此，东华大学与国内大的民用碳纤维生产企业成立了东华大学―中复神鹰碳纤维工程研究中心，东华大学材料科学与工程博士后流动站等协同创新平台，以提升企业的研发实力。