4月15日。
山棟大學,高分子材料研究所。
寬敞的實驗室裡。
一群科研人員,正在測試碳纖維材料的性能。
碳纖維,細如發絲,輕如鴻毛,強如鋼鐵,被譽為“新材料之王”。
一根普通的碳纖維原絲,它的強度是普通鋼材的10倍,而重量卻只有鋼材的四分之一,且具有耐高溫和耐低溫的特性。
將其用來製造航天火箭、戰鬥機、汽車,能極大提升性能優勢!
不過……
數十年來,在高性能材料領域佔據主導地位的米國和霓虹國,始終對夏國嚴防死守,牢牢壟斷碳纖維技術。
早些年,T300級碳纖維,1公斤賣8000元,有著“黑黃金”之稱。
為了打破碳纖維壟斷。
夏國成立海量科研機構,重點攻關碳纖維材料。
山棟大學高分子材料研究所,就是國內最早研究碳纖維的科研機構之一。
人群裡。
穿著一襲白大褂的研究員余淑珍,看著剛研製出來的T1000級碳纖維,臉上不禁揚起一絲笑容。
她是碳纖維T1000級項目的負責人,專門負責率領團隊攻關。
“T”指的是高強型碳纖維。
後面的數字越高,代表強度越好。
余淑珍手裡,拿著一束T1000級碳纖維,對自己的科研助手吩咐道:“小陳,你測下這束碳纖維的強度。”
“是,余姐!”
年紀只有二十多歲的陳平,接過T1000級碳纖維,開始測試強度。
一根碳纖維,直徑大概是5微米,十來根合在一起才有一根頭髮絲粗。
一束碳纖維,含有12000根原絲,一米長重0.5克。
片刻之後。
陳平神情興奮道:“余姐,這束碳纖維的強度,可以承擔500公斤左右的力量!”
“好!”
余淑珍點頭道:“照這麽說來,手指粗的一束碳纖維,可以拉動兩架飛機……”
念頭至此。
她又吩咐道:“小陳,你再測一下原絲質量!”
“是,余姐!”
陳平再次開始了忙碌。
原絲質量決定碳纖維性能。
如果原絲的分子結構和聚集態結構存在缺陷,對碳纖維的質量和性能影響巨大。
更嚴苛的是,要保證原絲性能穩定,需要確保每一根絲都質量過關。
一束碳纖維,含有12000根原絲,必須根根質量過關。
正因如此。
繁雜的製備工藝,讓碳纖維成為一道橫亙在材料學人面前的“天塹”。
碳纖維的製備,包括物理、化學、紡織、材料科學、精密機械等多個領域的內容,總體分為紡絲原液的聚合、聚丙烯腈原絲的紡製、預氧化和碳化三個步驟,有眾多因素需要調控。
一旦製備過程,有絲毫缺陷,就會影響碳纖維性能。
所以,製備過程必須對每個工藝流程中的工藝參數,精準調控。
陳平依次使用掃描電子顯微鏡SEM,以及高分辨率投射電鏡HRTEM,對這束碳纖維的表面、截面等形貌進行測試並分析。
“T1000級碳纖維表面光滑,沒有溝槽。”
“T1000級碳纖維的斷面形貌,為規則圓形,且直徑小。”
“根據體積效應和最弱連接理論,直徑越小纖維存在缺陷的可能性越小,纖維強度就越高。”
“……”
接著,陳平用XRD圖譜,分析T1000碳纖維的微觀組織結構。
“赤道掃描圖發現,T1000級碳纖維,2θ=25°左右,出現衍射峰。”
“衍射峰比較陡,說明T1000級碳纖維的石墨微晶結構,非常完善。”
“子午掃描圖譜沒有出現衍射峰,說明內部的石墨微晶沿軸向,取向完善。”
“截面取點測拉曼光譜,結果表面T1000級纖維的皮芯結構,相比其他碳纖維更淺。”
“……”
接著,陳平繼續分析碳纖維表面特性。
“XPS能譜圖像,說明T1000級碳纖維表面元素,具有更高的C含量,且N含量較低。”
“T1000級碳纖維的碳化溫度,比其他碳纖維高,且表面活性大幅提升。”
“T1000級碳纖維原絲的含氧活性官能團含量最高,達到49.66%,有利於與樹脂基體發生化學反應,形成更強的界面作用力。”
“……”
各項數據全部出爐後。
陳平神情激動道:“余姐,我們研發出的T1000級碳纖維,拉伸強度為6380MPa,拉伸模量295GPa,直徑5微米。
結合各項數據來看,T1000級碳纖維,已經達到了業界頂尖的水平。
我們的攻關項目,成功了!”
話音落下。
余淑珍微微一笑。
研究所資金有限。
攻關項目時,不可能無限制使用經費。
這次能順利攻關這個項目,一方面是她和家族基金拿了500萬元科研經費,另一方面是她在材料領域有著絕佳的悟性,稍稍思索便能觸類旁通。
兩者缺一不可!
陳平笑著恭賀道:“余姐, 外界要是知道你研發出T1000級碳纖維,肯定會驚得目瞪口呆。
要知道,T1000級別及以上碳纖維,是國外對我國重點製裁的材料之一。
由於其性能強、價格高等原因。
除了航空航天領域外,其他領域很少使用。
今後,咱們夏國的航天高壓氣瓶、固體發動機殼體、風電渦輪葉片、燃料電池、大型客機、運載火箭、大國基建工程、軍事、醫療儀器等領域,材料性能會邁上一個新的台階。
從個人前途來說。
余姐你肯定會升職加薪,至少成為咱們高分子材料研究所的副所長!”
“哪裡哪裡!”
余淑珍謙虛的搖搖頭。
隨後,她話鋒一轉,語氣感慨道:“科研創新鏈上,科技成果從實驗室到產業化之間,有一個至關重要的工程化環節,那就是中試。
業內有一個1∶10∶100的說法。
就是說如果科研階段解決1個問題,中試階段就要解決10個問題,工業化階段則要解決100個問題。
這個階段很堅苦,需要國家平台、資金的助力,稍有不慎就會半途而廢。
當然,一旦能讓T1000級碳纖維生產線,大規模投入使用。
那我們才可以說一句。
國家在碳纖維領域,徹底打破國外壟斷!”
話音落下。
陳平附和點頭。
科研路漫漫。
但隨著T1000級碳纖維問世,距離大規模投產,只剩下時間問題!