科技日报记者 陆成宽
直径不足头发丝的十分之一，强度却达到钢的5倍以上——这种被称为“新材料之王”的高性能碳纤维，曾长期被国外垄断。如今，在山西大同的一条智能化生产线上，国产T1000级碳纤维正被源源不断地生产出来。
1月10日，记者现场见证了该材料的“变身”：丙烯腈原料在反应釜中先聚合成胶状原液，再经由拥有几千个微孔的喷丝板挤出，形成洁白纤细的原丝；随后，丝束在自动化产线上平稳运行，历经氧化、碳化等工序，颜色由乳白渐变为金黄、深褐，最终成为乌黑发亮的T1000级碳纤维。
这条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共建的生产线，已于2025年9月产出合格产品，并于同年11月正式投产，标志着我国高性能碳纤维的规模化量产取得关键突破。
突破封锁，炼成“黑色黄金”
碳纤维是一种含碳量超过90%的高强度纤维材料。它比重比铝轻，强度却是钢的5—7倍，在新材料领域素有“黑色黄金”之称，是航空航天等高端装备不可或缺的战略材料。
“T1000级碳纤维是领域内的高端产品，长期面临日、美等技术封锁与产品禁运。由于我国过去未能掌握稳定的规模化生产技术，这在相当程度上制约了相关高端装备的发展。”中国科学院山西煤炭化学研究所研究员张寿春告诉记者。
在完成湿法工艺T300、T700、T800级碳纤维的研制任务后，2016年，张寿春团队开始向T1000级碳纤维进军。“每一步都是‘摸着石头过河’，但新一代自主技术的研发必须大步向前，绝不能退缩。”张寿春说，经过8年多不懈攻关，团队在激烈的国际竞争中，走出了一条独特的高端化发展路径。
“我们研制的T1000级碳纤维，不仅强度达到世界一流水平，还通过独特的原料配方和干喷湿纺工艺，避免抗压性能下降，解决了‘强而不韧’问题。”张寿春介绍，“我们的技术能够生产出性能更均衡的碳纤维，综合优势明显。”
在实验室的对比测试中，实验人员将头发丝与碳纤维单丝并置观察。数据显示，他们研制的T1000级碳纤维单丝直径还不到人头发丝直径的十分之一。而在拉力测试中，该碳纤维的抗拉强度超过6600兆帕。“这意味着，一根1米长的碳纤维，就能承受约200公斤拉力，几乎相当于3名成年男性的体重。”张寿春解释。
除了极高的强度，新研制的T1000级碳纤维还具备耐腐蚀、耐高低温等优异特性，在惰性环境中能承受1000摄氏度高温，在零下180摄氏度的极寒中也能保持性能稳定。
量产攻坚，跨越“转化鸿沟”
然而，实验室的成功仅是起点。从中试装置到规模化生产，又面临着更为艰难的工程放大挑战。
“最难的是如何实现稳定生产。”张寿春说，T1000级的强度比T800级要高10%—20%，对工艺精度和设备稳定性的要求大幅增长，任何微小波动都可能导致产品不合格。
2025年9月，生产线调试进入关键期，产品性能虽已达标，稳定性却出现波动。为了揪出根源，团队经历了难忘的一个月。当时，聚合车间尚未启用空调，“秋老虎”天气让室内体感温度逼近50摄氏度；而纺丝车间则需要低温环境，异常寒冷。团队成员每天要在两个车间穿梭十几趟，反复排查设备。
“一会儿热得穿不住外套，一会儿又冷得不行，每天在‘冰火两重天’里爬楼，腿都软了。”张寿春回忆。团队汗流浃背地检查每一个阀门与仪表，最终锁定问题根源——一个流量控制阀选型不当，导致了局部工艺环境的细微不稳定。更换部件后，稳定性难题迎刃而解。
2025年11月中旬，当连续10多个批次的性能检测报告均显示完美达标时，整个团队倍感欣慰与激动。一年的高强度奋战，终于迎来硕果。
如今，T1000级碳纤维稳定量产，标志着我国在该领域实现了从“跟跑”到“并跑”的关键跨越。它将被广泛应用于国防军工、航空航天、轨道交通、新能源及低空经济等领域，对保障国家战略物资安全具有深远意义。
面向未来，张寿春团队的目标清晰：研发强度更高的T1200级碳纤维，并推动其产业化，同时不断拓展下游应用，让“新材料之王”在更广阔的天地绽放光彩。
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