武漢團(tuán)隊讓“黑黃金”碳纖維上新 打破國外技術(shù)封鎖！碳纖維，這種被譽為“黑黃金”的新材料，重量輕卻強度極高，能夠承受相當(dāng)于兩架飛機的重量。它廣泛應(yīng)用于從運載火箭、民航飛機到高檔羽毛球拍和釣魚竿等各種產(chǎn)品中。

由于生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜且長期受制于國外封鎖，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直受限。最近，武漢理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個科研團(tuán)隊在高性能大絲束碳纖維領(lǐng)域取得了重大突破，成功打通了從原材料到下游制品的全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建了自主可控的技術(shù)體系和應(yīng)用生態(tài)，為我國戰(zhàn)略新材料的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

一根只有頭發(fā)絲八分之一粗細(xì)的黑色絲線，將4.8萬根這樣的絲線交織在一起，就形成了厚度不足1毫米、寬度約13毫米的大絲束碳纖維。這種材料不僅強度遠(yuǎn)超鋼鐵，還具有耐腐蝕和耐高溫的特點。單束碳纖維可以吊起1噸重量，同時自身非常輕且韌性極佳。

在汽車制造中，大絲束碳纖維的強度是鋼的7至9倍，但密度僅為鋼的四分之一。使用它制作車身、底盤和內(nèi)飾等部件，可以使整車減重30%至50%，從而降低油耗并提升續(xù)航能力。當(dāng)用于飛機機身、機翼和尾翼等主承力結(jié)構(gòu)時，可使飛機減重20%至40%，飛行距離更遠(yuǎn)。此外，大絲束碳纖維還具有抗疲勞和耐腐蝕性，減少了維護(hù)頻率和成本。在風(fēng)電葉片中，它可以增強葉片的抗彎曲和扭轉(zhuǎn)變形能力，提高抗臺風(fēng)能力和發(fā)電效率。

過去，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)主要以單束1000至12000根的小絲束為主，生產(chǎn)成本高且價格昂貴，限制了其規(guī)模化應(yīng)用。而由單束4.8萬根以上纖維構(gòu)成的大絲束碳纖維性價比更高，在同等性能下，擺脫了小絲束碳纖維價格高的局限。目前，全球?qū)Υ蠼z束碳纖維的需求已超過小絲束碳纖維，成為普及應(yīng)用的主流趨勢。然而，相關(guān)技術(shù)長期受制于國外封鎖，國內(nèi)面臨性能低、生產(chǎn)穩(wěn)定性差和下游配套不足等問題。

通過自主創(chuàng)新，武漢理工大學(xué)團(tuán)隊突破了干噴濕紡制備技術(shù)和成套裝備，實現(xiàn)了48K高性能（T700級）大絲束碳纖維的穩(wěn)定量產(chǎn)。拉伸強度顯著提升，成本降低了約20%。過去被嚴(yán)格封鎖的成套裝備，如今已完全自主可控。

攻克原材料只是第一步。研究團(tuán)隊還在復(fù)合材料應(yīng)用環(huán)節(jié)進(jìn)一步攻克了大絲束碳纖維復(fù)合材料在成型過程中性能“縮水”的難題，研發(fā)出低黏度、高浸潤性的樹脂體系，并根據(jù)不同應(yīng)用需求賦予耐高溫、防腐蝕等功能，確保大絲束復(fù)材在加工過程中性能穩(wěn)定可靠。

該技術(shù)已應(yīng)用于航天火箭發(fā)動機殼體、航空無人機艙段、船舶無人艇殼體、軌道交通貨運車輛頂蓋、高端機床碳纖維傳動軸等五類產(chǎn)品，均通過關(guān)鍵性能驗證，具備量產(chǎn)條件。未來將繼續(xù)推進(jìn)大絲束碳纖維在航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用，并加強下游配套建設(shè)，形成產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)。

機床加工零件時，主軸轉(zhuǎn)得越快、越穩(wěn)，加工精度和效率就越高。最初使用的鋼制主動軸難以滿足更高轉(zhuǎn)速需求。十多年前開始采用小絲束碳纖維軸，雖然提升了機床的轉(zhuǎn)速和效率，但進(jìn)口價格高、周期長，核心制備工藝仍被國外企業(yè)壟斷。

作為制造機器的“機器”，工業(yè)母機是國家重器的基石，關(guān)鍵核心零部件必須實現(xiàn)自主可控。近年來，武重集團(tuán)與武漢理工大學(xué)團(tuán)隊密切合作，創(chuàng)造性地開展大絲束碳纖維主傳動軸的研發(fā)應(yīng)用，采用48K大絲束碳纖維進(jìn)行軸管制備，并通過簡化編組流程、優(yōu)化工藝參數(shù)，既保留了小絲束碳纖維軸質(zhì)量輕、剛性高的優(yōu)勢，又在工藝效率上實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，實現(xiàn)了制備工藝的全自主可控。

在應(yīng)用測試中，大絲束碳纖維主傳動軸表現(xiàn)出色，主要應(yīng)用于龍門銑床、鏜床等工業(yè)母機的滑枕部件，承擔(dān)主軸高速旋轉(zhuǎn)傳動功能。在空運轉(zhuǎn)測試及切削試驗中，完全滿足使用要求甚至超越現(xiàn)有水平，可替代國外中高端小絲束碳纖維軸管使用。未來將進(jìn)一步與武漢理工大學(xué)合作，推廣大絲束碳纖維主傳動軸的系列化設(shè)計與應(yīng)用。