师昌绪与中国碳纤维研究
2010-12-13 来源:科学时报
久攻难克的碳纤维技术
中国用聚丙烯腈为原料生产碳纤维的研究始于1962年,起步可谓不晚,但长期未取得实质性进展。由于碳纤维在航空航天等国防工业中有重要用途,西方国家将其视为军用物资,对中国“禁运”,更不转让生产技术。
20世纪70年代,美国在战略导弹和作战飞机中开始使用碳纤维增强树脂材料,使得武器性能大幅度提高。我国国防科技系统认定,我国战略武器和军用飞机采用树脂基复合材料代替金属也势在必行。
1975年,当时国防科工委主任张爱萍亲自主持召开了一次专题会议,部署国内碳纤维研究工作,并制定了10年发展规划,组织了原丝、碳化、结构材料、防热材料、测试检验技术5个攻关组,安排20多家研究和单位企业参加。这次会议对促进中国碳纤维研究起到了重要推动作用,参与单位陆续生产出不同质量的原丝和碳纤维,虽然其力学性能较差、稳定性不好,但毕竟解决了有无问题,并应用于某些型号的非结构件。
1978年5月,国家科委恢复,碳纤维转由科委为主管理,我由当时的石化部调国家科委二局新材料处,主管碳纤维项目。新材料处把碳纤维视为重中之重,花了很大精力和经费,力图把碳纤维质量抓上去,碳纤维质量虽有所提高,却一直难以有大的突破,特别是不匀率高、毛丝多,力学性能也上不去,和国外产品质量差距越拉越大,无法用以制备大量需要的航空航天结构材料。
由于碳纤维研究陷入困境,各单位把希望转向引进国外先进设备和技术。1984年,上海碳素厂试图引进美国Hitco碳化设备,最终被美国国防部否决。世界各知名碳纤维公司均囿于“巴黎统筹条约”限制,不转让技术、不出售设备,只有英国RK公司同意出售大丝束预氧化炉和炭化炉。吉林化学工业公司经过谈判、考察,最终购买了一些碳化设备及相应测试仪器。1990年经多次试车,预氧化炉尚可,炭化炉始终开不起来。
1986年,联合国开发计划署(UNDP)和联合国工发组织(UNIDO)批准在北京设置“碳纤维及其复合材料的开发应用”项目,由北京化工学院和北京航空材料研究所共同承担。因为没有厂家愿意出售设备和技术,最后由北京化工学院提供工艺参数,委托英国RK公司加工预氧化、炭化中试线。项目历经磨难,几次因“可能有用于军事”而险些遭到封杀,原定3年完成的项目拖了7年,1993年6月才勉强“验收”,实际上并未能正常运行。
两套引进设备均未能正常运转,所谓的外国专家也无能为力,引进单位有苦难言,十几年后都当废铁卖了。具有较高技术水平的碳纤维公司,无论从政治角度还是商业角度都不可能向我国转让技术或出售设备。同意转让技术、出售设备的大多是一些小公司,其技术水平虽总体上高于中国,但技术偏低,甚至不过关,无先进性可言。
在几十年的风风雨雨中,尽管也取得了多方面成绩,但一个严酷的事实是:碳纤维技术没有根本性突破,碳纤维产业没有建立。这在我国新材料研发中是为数不多的失败案例。虽然国防事业迫切需要,但一连串的失利严重挫伤了各方面的信心,国家各部门在20世纪后期的10多年内都不愿或不敢大量投资,使碳纤维研发成为一块令人望而生畏的“烫手山芋”。
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