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碳纤维，被称为材料界的一颗“黑珍珠”，它的密度是钢材1/5，强度却能达到钢材的7到8倍，且更耐腐蚀。这一特性让碳纤维成为国民经济中极为重要的战略先导性材料，是航空航天、新能源、高端装备制造等重大产业发展的关键战略物资和基石。
为了开采这颗“黑珍珠”，2007年，中石化（上海）石油化工研究院有限公司合成材料研究所所长沈志刚果断地在科研的“十字路口”上转向——放弃了自己从参加工作起就从事的、已处于国内领先水平的茂金属间规聚苯乙烯研究，转而研发当时国内更为稀缺紧要的碳纤维材料。彼时，碳纤维严重依赖进口，是一种典型的“卡脖子”战略材料。沈志刚说：“我们做科研工作的，就是要有责任感和使命感，要为解决‘卡脖子’技术问题而努力。”
而新材料的研发之路充满着不确定性，从基础研究到应用开发，往往需要15到20年时间。如今，沈志刚已向这座新材料山峰不懈攀登了15年，带领团队接连突破多项高性能湿法碳纤维工程化制备关键技术，并相继投入应用中。“十年磨一剑，我们的新材料研发之路依旧漫长，且无捷径可走。”沈志刚说。
从无到有，创立首支高性能碳纤维技术团队
“2007年，国产碳纤维材料仅有200吨，还主要集中在体育休闲等低端应用领域。”沈志刚告诉记者，制备碳纤维原丝的工艺主要有干法和湿法两种，而湿法制成的高强中模碳纤维是大飞机、航天器制造中的关键原料，也是“卡脖子”的关键材料。为了填补国内这一空白，他在中国石化集团公司支持下，组建起中石化第一支高性能碳纤维技术攻关团队，当时只有4个人。
在没有相关参考资料和研发装备的情况下，沈志刚从聚合开始做起，结合自己多年的高分子合成经验，搭建了一套聚合快速评价装置，这套装置甚至今天还在使用。
如何加快突破碳纤维产业化技术，尽快实现高性能碳纤维产业化，支撑国家重大战略需求，是沈志刚一直思考的问题，他也在不断摸索中蹚出了一条路。“为了搞清楚与国外产品的差距，我们一步一个脚印，扎实做好小试、模试、中试的每个细节，仔细探究碳纤维制备过程中从小分子到大分子、从有机材料到无机材料转变的每个细节。”沈志刚说。
2011年，沈志刚带领团队开始了碳纤维原液和原丝中试装置的建设；2012年中试装置一次开车成功，当一桶桶洁白的原丝从收丝机卸下时，他和团队成员已不知有多少天没合过眼了；2013至2016年间，他们又相继突破了1K、3K、6K、12K湿法高强中模碳纤维全流程工程化制备技术。目前，由上海石油化工研究院自主研发的百吨级湿法高强中模碳纤维装置已紧锣密鼓开始建设，今年将建成投产。
使命驱使，建成国产化高强高模碳纤维专用线
数据显示，2009年，我国碳纤维国产化率仅为12.7%；2021年，这一数字提升到46.9%，是此前的3.69倍。而随着碳纤维国产化进程的深入，进口碳纤维的价格也大幅降低，降幅一度超过70%。“这就是国产化的意义。”沈志刚说，价格的下降让碳纤维在国内新能源、风电、光伏等下游市场的应用需求爆发，有力推动了这些产业的发展和结构调整。
如今，全球碳纤维使用量有一半在中国，其中，高性能碳纤维的需求量更是与日俱增。然而，2020年下半年以来，面临某些西方国家更严格的高性能碳纤维出口政策管控，我国碳纤维境外供应难度进一步加大。
如何为国家战略科技力量作出更大贡献？沈志刚带领团队一直在努力探索。在这种“为国分忧”的使命感驱使下，沈志刚团队在不到两年内相继突破了小试、模试和工程化放大技术，于去年年底建成国内首套可满足高端应用的全国产化高强高模专用线。两个月前，该专用线生产的高强高模碳纤维经国内两家权威第三方检测机构检测，主要性能已达到国外同类产品水平。据介绍，沈志刚团队目前正抓紧做稳做优产品，以期早日实现更多下游应用。
凝聚团队力量，打好关键核心技术攻坚战
沈志刚告诉记者，碳纤维及其复合材料因制备流程长、控制点和影响因素多、研发周期长、设备投入大等难点，目前国内在模试和中试规模研发平台上，与国外相比存在显著不足。
为了迎头赶上，沈志刚所在的上海石油化工研究院不断推动科技资源开放共享，打造多个创新平台，助推我国碳纤维及其复合材料产业发展。例如，依托原丝制备创新平台，与东华大学等另外4家课题单位共同开展国家重点研发计划项目土工增强用聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维的研发，所开发的纤维在济青铁路、旧房抗震加固改造项目、台辉高速等重大工程中得到示范应用和规模化应用，实现了同类进口产品的国产化替代。
不仅如此，为了进一步提高科技成果转化和产业化水平，沈志刚团队专职研发人员目前已达近50人，半数以上拥有博士学位，并培养了多名博士后，另有操作人员近40人。
“关键核心技术的研发没有捷径，唯有胸怀国之大者、服务国家需求，方能不断激发科研攻关的内生动力。”沈志刚说。
作者：张天弛
编辑：徐晶卉
责任编辑：戎兵
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