本刊記者 王 輝

隨著科技的不斷進(jìn)步，越來越多的新型材料被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中。瀝青基碳（石墨）纖維作為20世紀(jì)60年代研發(fā)出來的新型材料，至今已廣泛應(yīng)用在交通、機(jī)械、體育娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生、土木建筑等領(lǐng)域，尤其是中間相瀝青碳（石墨）纖維因質(zhì)輕并具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)熱、超高模量、能耐高溫、耐腐蝕、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特性，成為航空航天工業(yè)和國防建設(shè)不可或缺材料。當(dāng)時，在國際上能夠生產(chǎn)中間相瀝青碳纖維的只有日本和美國，并已形成一定的生產(chǎn)規(guī)模和系列化產(chǎn)品。而我國還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)和中試階段，與國外差距很大，嚴(yán)重制約了我國相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展與規(guī)劃。

為突破這一困局，我國許多科研部門展開了超高模量石墨纖維的國產(chǎn)化研究與制備，其中，北京化工大學(xué)碳纖維研究所研究員遲偉東帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)克難、經(jīng)不懈努力于2008年在國內(nèi)率先突破中間相瀝青連續(xù)紡絲技術(shù)和連續(xù)氧化、碳纖維技術(shù)，打破了美國、日本等國家對中間相瀝青碳（石墨）纖維產(chǎn)品和技術(shù)的封鎖和壟斷，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

為心中的目標(biāo)而努力

也許是大學(xué)期間養(yǎng)成的親力親為的習(xí)慣，在中間相瀝青碳（石墨）纖維的實(shí)驗(yàn)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化過程中，始終看到遲偉東在一線，查找問題、改良設(shè)備、改善技術(shù)……

1985年，遲偉東初次踏入北京化工學(xué)院（北京化工大學(xué)前身），從此開啟了他的學(xué)習(xí)、研究征程，特別是在1991年讀研究生時他有幸遇良師引導(dǎo)，開始研究瀝青碳纖維。在攻讀博士學(xué)位期間，他參與為美國企業(yè)研究制作剎車片，在研究中他打破常規(guī)，利用短節(jié)纖維和瀝青混合模壓、碳化的方式制作了低成本的碳/碳復(fù)合材料剎車片，達(dá)到了企業(yè)的預(yù)期要求，1997年他獲得北京化工大學(xué)博士學(xué)位。

回想自己在北京化工學(xué)院求學(xué)的那段日子，遲偉東覺得在學(xué)校開展了大量基礎(chǔ)性研究，掌握了基本制造工藝，并且最讓他受益匪淺的是，1989年至1991年間，他在哈爾濱北方橡膠廠的實(shí)踐煅煉。在那里，他有機(jī)會與一線工人的接觸，學(xué)會了如何設(shè)計(jì)、加工產(chǎn)品，這段經(jīng)歷讓他在以后的研究中，養(yǎng)成了遇到問題自己動手改進(jìn)的習(xí)慣。

“北京化工大學(xué)碳纖維及復(fù)合材料研究所在碳纖維及其他新型碳材料領(lǐng)域的研究居國內(nèi)前列，尤其是在高模量碳纖維（PAN基高模碳纖維和中間相瀝青基碳（石墨）纖維）方面?！痹谶@里，遲偉東可以有“有武之地”，他選擇了留校任教。

“如果衛(wèi)星使用中間相瀝青基碳（石墨）纖維可減少十幾公斤甚至幾十公斤的重量，而且在研究中我們還發(fā)現(xiàn)中間相瀝青基碳（石墨）纖維在一定的溫度下具有吸收電磁波的作用，這就是說明它還可用作隱身材料……”遲偉東如數(shù)家珍地給記者描述中間相瀝青碳（石墨）纖維的奇妙效果，正是這些效果，使美國、日本對其產(chǎn)品和技術(shù)長期封鎖和壟斷。

沒有參考和借鑒要制作出與美日同等質(zhì)量和效果的產(chǎn)品，對于遲偉東來了說無疑是艱巨的挑戰(zhàn)，在長期深入研究中間相瀝青形成機(jī)理中，遲偉東先從原料的組成、熱縮聚反應(yīng)的溫度、壓力和時間等條件對中間相瀝青的結(jié)構(gòu)和性能影響的規(guī)律入手。在對中間相瀝青的流變特性研究基礎(chǔ)上，他多次對噴絲板結(jié)構(gòu)和紡絲工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，制備出直徑在10μ左右的中間相瀝青連續(xù)長絲。根據(jù)纖維的不熔化機(jī)理以及碳化、石墨化反應(yīng)機(jī)理，他對不同種類碳（石墨）纖維制備的各階段的工藝參數(shù)與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能的相關(guān)性進(jìn)行了充分地研究，獲得了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在攻讀碩士學(xué)位期間，他就加入了導(dǎo)師領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，參加了“863計(jì)劃”“高模量碳纖維的研制”攻關(guān)任務(wù)，在恩師帶領(lǐng)指導(dǎo)下經(jīng)過整個團(tuán)隊(duì)的共同努力，他們建成了中間相瀝青的中試生產(chǎn)線，包括原料蒸餾、過濾裝置，和100L聚合釜，形成年產(chǎn)中間相瀝青100公斤的生產(chǎn)能力，全面掌握了中間相瀝青基碳（石墨）制備小試工藝，研制出高性能中間相瀝青基石墨纖維，單絲試樣的抗拉強(qiáng)度為3.0～3.4GPa，拉伸模量為700～973GPa，與美國Amoco公司的高導(dǎo)熱石墨纖維K－1100相近。在小試基礎(chǔ)上，進(jìn)行了中間相瀝青基碳（石墨）纖維連續(xù)化生產(chǎn)的研究，初步打通了中間瀝青紡絲、氧化、碳化工藝，獲得0.5K瀝青基石墨纖維，連續(xù)長度為500米，其性能達(dá)到σ:2.5GPa,E:527Gpa，與美國Thornel?P-75相當(dāng)，在此期間，他不但在科研能力方面得到了很大的提高，更重要的是在科研態(tài)度、團(tuán)隊(duì)合作及奉獻(xiàn)精神等方面得到了鍛煉，這為他制備長度1000米中間相瀝青碳（石墨）纖維奠定了基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)中間相瀝青碳纖維國產(chǎn)化而努力

“制備一根瀝青碳纖維單絲容易，但制備一束連續(xù)長絲就是巨大挑戰(zhàn)”，2006年前后，遲偉東獲2項(xiàng)軍工配套項(xiàng)目的支持，他開始了在中間相瀝青碳纖維領(lǐng)域新的探索，希望能借此機(jī)會突破中間相瀝青碳纖維連續(xù)化制備技術(shù)的難關(guān)，研制出連續(xù)長度大于1000米的中間相瀝青碳纖維束絲。由于瀝青纖維的強(qiáng)度極低，接近于0，稍有風(fēng)吹草動都可能碎斷，這無疑增添了更大的挑戰(zhàn)，但再難也撼動不了遲偉東心中的目標(biāo)，為盡快解決紡絲連續(xù)化的難題，他不囿于傳統(tǒng)方法，突破理論束縛，日思夜想尋找方法。

經(jīng)過兩年多的努力，2008年，他完全打通中間相瀝青的紡絲、氧化、碳化連續(xù)化工藝，創(chuàng)新性地提出了新的紡絲工藝。這一新工藝的特點(diǎn)是，纖維直徑的可控好，斷頭率很低，一束纖維中包含的單絲數(shù)量可控。利用這種工藝，目前可生產(chǎn)1K、2K、3K的系列瀝青纖維產(chǎn)品，纖維的連續(xù)長度均在1000米以上。在前期制備出連續(xù)瀝青纖維長絲的基礎(chǔ)上，他進(jìn)行了瀝青纖維連續(xù)氧化、碳化工藝的研究，重點(diǎn)解決了瀝青纖維在氧化、碳化過程中的加張力問題，通過設(shè)計(jì)一種特殊結(jié)構(gòu)的瀝青纖維加張系統(tǒng)，可在瀝青纖維上施加所需張力，同時對連續(xù)氧化的走絲速度，各氧化爐、碳化爐的溫度場分布對制品性能的影響進(jìn)行了研究，并突破了瀝青纖維連續(xù)氧化、碳化工藝，制備出連續(xù)長度大于1000米的中間相瀝青基碳纖維，形成了100公斤級的生產(chǎn)能力。

產(chǎn)業(yè)報國、創(chuàng)新為民。只有加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。遲偉東深知，這項(xiàng)技術(shù)成果要廣泛應(yīng)用，就得把研究成果盡快轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷一條龍。從2008年至2009年間遲偉東走出了校園，不等不靠主動與企業(yè)聯(lián)系合作?！皣医o予了一定的投入，如果只做實(shí)驗(yàn)，沒有產(chǎn)品是很難向國家交待的，而且在企業(yè)的支持下，我們可有足夠的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行更深入的研究。”2013年，他與山東瑞城宇航碳材料有限公司開展合作?！鞍l(fā)展”成為這次合作的重心，為把中間相瀝青碳纖維技術(shù)轉(zhuǎn)化發(fā)展成產(chǎn)品盡早投入我國航空航天等方面使用，遲偉東和團(tuán)隊(duì)從技術(shù)和原料上給予山東瑞城宇航碳材料有限公司大力支持，幫助建成一條具有年產(chǎn)中間相瀝青碳纖維300公斤生產(chǎn)能力的中試生產(chǎn)線，可生產(chǎn)出1K、2K、3K，連續(xù)長度大于1000米的中間相瀝青基碳（石墨）纖維，這是國內(nèi)第一條中間相瀝青碳纖維中試生產(chǎn)線。2014年10月，生產(chǎn)線開始調(diào)試。2014年11月，開始試運(yùn)行。2014年12月28日，生產(chǎn)出第一批中間相瀝青碳纖維產(chǎn)品，并于12月30日送北京衛(wèi)星制造廠進(jìn)行時試用，這標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中間相瀝青碳纖維產(chǎn)品已經(jīng)問世，我國中間相瀝青碳纖維的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了新的歷史階段。

“學(xué)海無涯、追求無界”，為把中間相瀝青基碳（石墨）纖維技術(shù)運(yùn)用到更廣的領(lǐng)域，遲偉東有自己的目標(biāo)，他希望建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，調(diào)整原料結(jié)構(gòu)，完善制備中間相瀝青碳纖維的機(jī)械設(shè)備，在5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)中間相瀝青碳纖維產(chǎn)品達(dá)到美、日產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。