《中国日报》2月4日第五版截图

T1000级碳纤维的量产被视为打破国外技术垄断局面的关键举措。

专家表示，随着去年11月国内首条大规模高性能碳纤维生产线在山西建成投产，中国材料科学领域实现了重大突破，在碳纤维行业取得了从“跟跑”到“并跑”的跨越式发展。

该生产线由中国科学院山西煤炭化学研究所与山西华阳碳材科技有限公司联合开发，这条年产200吨的T1000级高性能碳纤维产线，是千吨级产能长期规划的重要组成部分。

碳纤维是一种强度极高、质地轻盈且用途广泛的新型材料，广泛应用于航空航天、国防军工、汽车制造、体育器材等领域。从航天器、军用舰船到雪车头盔、羽毛球拍等各类产品，碳纤维均承担着关键结构部件的角色，在大幅减轻产品重量的同时有效提升其性能。

国元证券发布的碳纤维行业报告显示，2024年中国碳纤维需求占全球需求的一半以上，国产化率已突破80%，并预计2026年将冲击90%的目标。

T1000级碳纤维作为新一代高性能材料，其规模化量产被视为中国筑牢能源安全屏障、培育发展新兴产业的关键一步。

1月10日，工人在山西省大同市一处T1000级碳纤维生产车间内作业。 朱兴鑫 摄

高精尖的“碳丝”制造

在山西省大同市的华阳碳材科技有限公司生产车间内，一排排精密设备持续高速运转。

以聚丙烯腈为原料制成的纺丝液，通过带有数千个小孔的喷丝板被挤出，形成一束束超细原丝；这些原丝随后在自动化系统的作用下完成氧化、碳化工序。在剧烈的温度变化中，它们的颜色从乳白色逐步变为金黄色、深褐色，最终形成纯黑色的碳纤维。

中国科学院山西煤炭化学研究所副所长、T1000级碳纤维研发项目负责人张寿春说：“这条生产线生产的T1000级碳纤维被誉为‘地表超强材料’，含碳量超95%。”

T1000中的字母T代表拉伸强度，数值越高表示材料的抗断裂能力越强。单根T1000级碳纤维的直径仅5至6微米，不足人类头发丝的十分之一，但其强度却是钢的五倍以上。

张寿春说：“一束由12000根1米长的T1000级碳纤维组成的丝束，重量仅0.5克，却能承受200多公斤的载荷，大约相当于三位成年男性的体重。”

中国科学院山西煤炭化学研究所正高级工程师、技术研发负责人经德齐表示，相较于上一代T800级碳纤维，T1000级的强度提升了10%至20%，这一核心突破源于自主研发的干喷湿纺技术。

传统碳纤维生产多采用湿法纺丝，即纺丝液直接被挤入凝固浴。这种方法虽生产效率较高，但易造成材料内部结构不均，进而限制了强度提升。

而干喷湿纺工艺中，纺丝液从喷丝板挤出后，会先经过一段空气层，再进入凝固浴。这一过程中，材料受到高强度拉伸，分子排列更规整，从而形成更致密、均匀的内部结构，实现超高拉伸强度。

经德齐将这一工艺比作山西传统美食河捞面的制作：面团经多孔模具挤出，短暂接触空气后，再下入沸水之中。

依托这一技术，T1000级碳纤维兼具高强度、轻量化、耐高温、耐腐蚀等多重特性，在400℃至零下180℃的环境中，其性能仍能保持稳定。

经德齐表示：“该材料通常作为增强体，与树脂复合制成高性能碳纤维复合材料，广泛应用于航空航天、高端装备制造、新能源等领域。”

他补充道，由碳纤维复合材料制成的高压气瓶，例如空间站用于储存氧气和氮气的气瓶，通常采用T1000级碳纤维制成，因其具有重量轻、耐高压和耐用的特点。

1月10日，工人在山西省大同市一处实验室演示碳纤维耐火烧测试。 朱兴鑫 摄

五十余载的技术接力

中国碳纤维产业发展已走过五十余载，实现了从几乎完全依赖进口到全面自主可控的跨越。张寿春将这一过程形容为一场跨越数代科研工作者的接力赛。

上世纪70年代，为满足国内迫切的需求，山西煤化所的科研人员在参考资料匮乏的情况下，攻克多项核心技术难关，建成国内首条聚丙烯腈基高强度碳纤维中试生产线。

21世纪初，国内碳纤维需求激增，但核心生产技术被国外企业严密掌控，严苛的出口管制和技术封锁，导致中国高端碳纤维进口渠道受阻，制约了高端装备产业的发展。

中国科学院山西煤化所研究员吕春祥回忆道，彼时中国进口碳纤维价格极其高昂，每公斤售价高达数千元甚至上万元。

2005年，该研究所接到一项紧急任务：需在三年内研发出宇航级T300碳纤维，并在2008年6月30日前交付合格产品。

这一任务的难度超乎想象。碳纤维生产工序漫长、流程复杂，跨多个学科领域，诸多变量都会影响产品最终的性能。

“当时几乎没有可借鉴的可靠资料，从事碳纤维研究的专业人才更是稀少，国内领军人才仅有几位。日本同行用15年走完的路，我们却只有3年时间。”吕春祥说。

重压之下，吕春祥团队日夜攻关，设计并优化生产流程，自主研发出聚合釜、喷丝板、蒸汽牵伸机等核心设备。

经过反复试验，该团队成功研制出完全符合标准的产品，中国也成为继日本、美国之后，第三个能自主生产宇航级碳纤维的国家。

此后多年，中国碳纤维技术稳步推进。尽管仍受到持续的禁运限制，中国仍相继实现了T700、T800级碳纤维的规模化量产。

2016年，为支撑航空航天等高端领域产业升级，张寿春团队启动T1000级碳纤维稳定量产技术研发，重点攻关干喷湿纺技术，在基础原理、核心工艺、国产化设备等方面持续发力。

“由于技术封锁，我们每一步都是在摸着石头过河。虽然艰辛，但新一代自主化技术研发必须大步向前，绝不能退缩。”张寿春说。

历经9年多的技术攻坚，该团队独立研发出T1000、T1100级碳纤维核心制备技术，通过对核心工艺的深度优化，产品在强度和刚度方面均达到国际水平，同时提升了碳化效率和产品稳定性。

张寿春表示，这些技术突破为大规模碳纤维示范项目落地奠定了坚实基础。

从实验室走向产业化

T1000级碳纤维的规模化量产，对打破国外垄断具有重要战略意义，但如何将实验室成果转化为工业化量产，成为一大挑战。

政府、科研机构、企业三方协同合作，是破解这一难题的关键。

2022年，中国科学院山西煤炭化学研究所与大同市政府，以及正推进绿色转型的传统煤炭企业华阳集团签署合作协议，计划在大同建设高性能碳纤维生产基地，加快产业化进程。

该研究所党委书记、副所长蔡长塔表示：“研究所与华阳集团组建联合体，不仅实现了核心技术转让，还将为企业提供长期技术支撑。”

2024年，该项目一期年产能200吨的示范产线开工建设；2025年11月，这条生产线实现了T1000级碳纤维的稳定量产。

张寿春表示，扩大生产规模的关键是保障产品质量的稳定性和一致性。整条碳纤维生产线涉及许多工艺参数控制，各类参数具有“一调俱调”的耦合特性，牵一发而动全身，哪怕是某个参数的微小波动，都会影响最终产品的性能。

在生产线全面运行之前，科研人员曾检测到碳纤维性能存在波动。张寿春带领团队反复排查设备、仪器和数据，在超过40℃的高温环境中，每天往返各楼层十余次，最终才找到问题症结并成功解决。

张寿春说，通过各方紧密协作，科研人员与公司员工攻克了多个难题，保障了项目的顺利推进。

展望未来，该研究所希望有更多的企业进入碳纤维行业，推动碳纤维应用场景向建筑、服装等领域拓展。

“碳纤维市场是一片蓝海。”蔡长塔表示，“目前行业发展的核心挑战是降低生产成本，这既需要技术的持续更新迭代，也有赖于规模化的市场反哺研发投入。”

（中国日报记者：许诺 朱兴鑫 实习生：王娟）