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團隊成員王鶴霏(左)和同事正在工作。受訪者供圖
團隊介紹
吉林碳谷“中國質量”35K碳纖維核心技術攻關青年團隊,由吉林化纖集團碳谷公司24名青年組成。團隊堅持以提高碳纖維研發制造能力為目標,自主設計整套實驗裝置,自主研發35K碳纖維原絲生產工藝。今年,吉林碳谷“中國質量”35K碳纖維核心技術攻關青年團隊榮獲2026年度中國青年五四獎章集體。
走進吉林化纖集團碳谷公司生產車間,機器轟鳴,一束束銀色的碳纖維原絲快速穿行于設備之間,經預洗、加濕、氧化、低溫碳化、纏繞等多道工序,最終被加工成碳纖維。“這碳纖維單根比頭發絲還要細,相對密度不到鋼的1/4,強度卻能達到鋼的7至9倍。”公司高性能車間副主任陳浩介紹。
2025年,由吉林化纖集團聯合東華大學等9家高校、科研院所及行業龍頭企業共同開發的“大絲束碳纖維及復合材料規模化制造關鍵技術與大型風電葉片產業化”科研項目通過鑒定,標志著35K大絲束碳纖維及復合材料在海上大型風機葉片的應用方面實現關鍵技術突破。
8次研討會——
“性能過關是基礎,可生產也不能不計成本”
化驗室內,電腦屏幕上顯示著碳纖維切面顯微圖,一個小圓圈就代表一根35K碳纖維單絲截面。24歲的技術員王鶴霏看得認真:“圖片左下角有氣泡,師父,這是咋回事?”質量管理處管理人員于健回答:“上下光源切換再拍一張,看看是鏡頭上的雜質,還是單絲上的。”
“必須要細致,咱這手一松,后面就可能是大麻煩。”于健囑咐。
35K碳纖維是啥?K是碳纖維絲束計量單位,1K由1000根單絲組成,3.5萬根單絲匯成一根35K碳纖維,難度自不必多言。“一個人的頭發還粗細不一樣呢。”于健感慨,為保證纖維性能,3.5萬根單絲的長度、粗細等指標要追求高度一致。
由于工藝配方不同,大絲束碳纖維市場長期被國外壟斷。2016年,為降低成本,增強企業市場競爭力,吉林碳谷組建了一支碳纖維技術攻關青年團隊,并開始多次試驗,發現與現有碳纖維相比,35K碳纖維能在性能和生產效率、生產成本之間達到更好平衡。
“與50K碳纖維相比,35K碳纖維生產效率更高,而與24K碳纖維相比,它更不易斷裂。”吉林碳谷公司總經理陳海軍介紹,“有了好想法,如何攻關技術?創新需要打破行業常規。”團隊圍繞技術升級、設備創新等一系列“卡脖子”問題,聯系上下游單位,聯合組織召開8次技術研討會。
前幾次研討會,“噴絲板”成為高頻詞。陳海軍打了個比方,制作碳纖維的原材料聚合液就好比面團,噴絲板則是把“面團”加工擠壓成“筋道面條”的關鍵工具。它的孔徑、長徑比、光潔度直接決定絲束質量。研發初期,團隊沿用常規做法,將現有的多個噴絲板組合,但生產出的35K碳纖維絲束強度、穩定性都不理想。
團隊聯合高校與專業廠家研究商討,成員們一頭扎進實驗室,一點點摸索,結合生產經驗與理論研究,反向推導。通過對備件材質、工藝參數、孔道結構等一一調試、反復優化,最終研發出適合35K碳纖維的噴絲板。
不只噴絲板,研討會每開一次,35K碳纖維多項生產指標便優化一輪。2017年,歷時大半年時間,團隊產出的35K碳纖維在硬度、強度等力學性能上全部達標。
“性能過關是基礎,可生產也不能不計成本。”最后一次研討會,85后紡絲車間副主任單鑫提出新想法。35K碳纖維絲束在生產時,需要用油劑浸潤形成保護膜,才能順利成型。但若油劑太多,不僅造成原料浪費,還會影響后續工序穩定,導致產品質量不達標,只能停機處理。考慮到吉林四季分明,空氣干燥程度不一,研討會后,團隊逐步微調,最終找到合適方案。
10萬米絲束——
“拿著顯微鏡來挑毛病,我們都不怕”
相較于傳統金屬材料,碳纖維具備強度高、重量輕、可塑性強的顯著優勢。陳海軍告訴記者:“這百分之零點幾不白摳,省出一分成本,便能在市場多出一分競爭力。”據了解,生產1噸碳纖維,需消耗2噸碳纖維原絲,原料消耗大、成品價值高,稍有差池便損失巨大。
想爭取市場,可量產、性價比高的35K碳纖維是基礎。研發基本完成,但在投入生產時,又出現了新問題。不同于實驗室研發,生產線上需要連續生產10萬米35K碳纖維絲束,并將其纏成一個碳纖維絲筒,以便運輸銷售。每長一米,碳纖維強度不達標、毛絲(即單絲斷裂)增多等問題出現的可能性就多一分。“問題必須解決,否則成品整體性能會下降。”于健說。
為此,單鑫帶領團隊推進生產線設備攻關。他們將傳動輥連接方式從單向支撐變為雙向支撐,同時不斷嘗試新材料,升級設備材質強度,提升傳送穩定性,減少單絲摩擦斷裂可能,接著推進系統性清潔生產,從聚合單元生產這一生產源頭開始,層層清潔過濾,全系統、全流程、全方位精準施策,減少雜質帶入,從而提升35K碳纖維的穩定性。
“投產之初,一檢測出性能不達標,我就著急。”于健見證著35K碳纖維從無到有,“但沒有人放棄,都在想辦法。”如今,35K碳纖維強度、模量、纖度等指標檢測通過率越來越高。“拿著顯微鏡來挑毛病,我們都不怕。”于健說。
傍晚時分,一批批包裝完畢的35K碳纖維原絲從吉林碳谷順利出庫,運往下游碳化及復合材料生產企業。這些輕盈堅韌的材料,經深加工后將成為風電葉片的核心部件主梁碳板。目前,吉林碳谷已聯合下游企業與國內多家主機廠簽訂長期供貨協議,國產35K碳纖維正批量應用于全國各大風電場。
一場競賽——
“一根絲,背后是萬般心思”
“勞動競賽現在開始!”在生產車間,一場纏輥應急演練正在進行。“發現纏輥!”值班長報警吹哨,隨即和另一名員工一起將絲束輥抬起來,老師傅郎學剛上前,迎著慢速轉動的輥輪,一刀砍斷纏繞部分,整個過程干脆利落,生產繼續運行。“公司會給新員工做培訓,其中一條就是處理纏輥,黃金時間只有10秒。”郎學剛介紹。
擁有這樣的工藝操作水平,需要長期的實操練習與經驗積累。在碳纖維行業,培養一名成熟崗位操作工一般需要兩三年時間。如何留住人才?
公司依托班前會等平臺,鼓勵員工輪流交流實操心得,把一線積累的小經驗、小技巧系統梳理、固化推廣,逐步形成統一規范的生產操作標準。作為團隊的“金牌講師”,在微培訓、勞動競賽等活動中,郎學剛不厭其煩,一抓住時間,就手把手向年輕人傳授操作要領,反復示范。
同時,公司管理模式也在持續升級。以往,纏輥等生產工藝問題多靠人工處置,去年,各車間陸續加裝自動化預警裝置,減輕一線員工勞動強度。以陳浩、王鶴霏為代表的一批90后、00后青年,正逐漸成長為研發生產攻堅的骨干力量。
“一根絲,背后是萬般心思。”陳海軍說,未來吉林化纖集團碳纖維產業鏈會越來越壯大,團隊將不斷提升產品性能與穩定性,力爭在更多高端領域實現碳纖維國產化。“持續奮斗,讓個人理想與國家需求同頻共振,是我們共同的追求。”陳海軍說。
來源:人民日報
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