“地表超强材料”即将在杭实现量产 直径不到头发丝的1/10

“爸爸做的东西，真的能送上天”

和兴碳纤维员工在检查收丝作业

成品碳纤维

金琥（左一）在纺丝 

杭州造出了“地表超强材料”。

高性能碳纤维，比羽毛还轻，却比钢铁还要硬，广泛应用于国防军工、航空航天、轨道交通、低空经济等领域，被称为“新材料之王”。这项“卡脖子”技术曾长期被国外垄断，如今在杭州具备了量产能力。

细如头发丝的1/10

能拉动400多斤的重物

杭州最东面的临江高科园，是钱塘区重点布局的新材料产业聚集地，生产碳纤维的杭州和兴碳纤维科技有限公司就在这里。

走进厂区，抬眼就能看到一座U型厂房。巨大的反应釜立在入口处，原料从一端进入，碳纤维从另一端产出。

2024年6月，这个占地近5.3万平方米的工厂正式开工，规划建设年产350吨的M级石墨纤维生产线。

碳纤维到底有多细？单根直径只有5微米左右，还不到头发丝的1/10。可就是这么一根细到肉眼几乎看不见的东西，密度只有钢的1/4，强度却是钢的5倍以上，集成1米长的一小束，重量只有0.5克，却能拉动400多斤的重物。

碳纤维内部是一片片石墨微晶，沿着纤维的长度方向紧密地堆叠起来。这种排列方式，让它既不怕拉，也不易变形。

和兴碳纤维生产工艺负责人金琥说：碳纤维好不好，主要看两个数字。一个是抗拉强度，就是“多大力能拉断它”；另一个是拉伸模量，就是“受力时它有多难变形”。前者用字母T表示，后者用M表示，好比坐标轴的X轴和Y轴。一般钓鱼竿、羽毛球拍用的碳纤维，抗拉强度通常在T700以下。而T700以上的，就是“高端货”了，可用于航空航天、轨道交通、新能源装备。

和兴碳纤维主攻的，正是T700、T800、T1000，以及M40J、M46J、M50J等高等级产品，堪称“地表超强材料”。

金琥说：“天上飞的卫星，中心承力筒、太阳翼等关键部位，用的就是高模碳纤维。热膨胀系数几乎为零，能够承受太空中±150℃空间的温差，几乎不变形。”

今年年初，生产线联调联试出了T800级产品；4月，试制出M40J高模量碳纤维；5月，M46J试产成功。经国家权威检测机构检测，各项性能指标都达到了国际先进水平。

“卡脖子”技术的突围之路

碳纤维的制造，曾经被海外巨头垄断了很多年。日本东丽、美国赫氏等老牌企业起步早、积累深，在T1000级高强碳纤维和M系列高模量碳纤维等高端品类上，长期占据主导。

这也带来了两个现实问题：价格居高不下，供应量也不够稳定。

金琥说，目前国内中低端碳纤维已经基本能自给，但高端高强高模量碳纤维仍有缺口。国产替代的空间很大，但

路并不好走。

为什么？制造流程太复杂了。

一根细丝，从原料到成品，涉及化工、纺织、冶金十几个专业领域，需要精准控制3500多个工艺点。行业公认有三大技术壁垒：原丝制备、碳化与石墨化工艺、核心装备与配方。

目前最主流的原料是聚丙烯腈。先把这种高分子材料聚合，再通过喷丝板挤出、凝固、牵伸，做成直径只有十几微米的白色原丝。原丝质量不过关，后面全部白费。

然后是碳化。要在1000~1600℃的无氧环境里，把氢、氮、氧等非碳元素“烧”掉，让碳含量提升到90%以上。到这一步，碳纤维的强度就基本定型了。

如果要追求极致的模量，还得再走一步：石墨化。经过2000~3000℃的高温热处理，温度、气氛、张力的控制精度要达到微米、毫秒级。“哪怕有一丁点儿偏差，产出的碳纤维性能就大打折扣，甚至直接变成废丝。”金琥说。

6年前，高温石墨化炉、高精度牵伸系统这些核心装备受到海外技术封锁和出口管制，国内曾面临“卡脖子”困境。和兴碳纤维的办法是，依托完全自主掌握的工艺包，先适配进口设备保证品质，再一步步反向推动国产装备替代。

“我们自主调试并优化了整套高温碳化、石墨化工艺参数，解决了模量和强度不稳定的问题，还搭建了全流程质量追溯和在线检测体系。产品性能精准对标日本东丽的M40J，定价能比对方低15%~20%。”在金琥看来，“掌握了自主工艺包，就是掌握了破局的钥匙。”

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