□ 周莹 朱迅 吕彤彤 宋晓环 王月

    一根手指粗，重量只有0.5克的纤维，却撑起了中国风电的“脊梁”，锚住了大国工程的“身躯”，担当起中国车的“盔甲”。这种神奇的纤维就是碳纤维。

    一代材料，一代制造。碳纤维因为具有强度高、模量高、耐高温、重量轻等诸多优势性能，在现代制造业中应用前景广阔，被誉为“工业黑黄金”。近日，笔者走进市开发区中复碳芯，见证一根碳纤维的“七十二变”。

    中国风电叶片的“脊梁”更坚韧

    如今，全球风电叶片、齿轮箱、发电机等零部件有六七成在中国生产制造。然而，在风电产业快速发展，特别是风机大型化、叶片长度变长等创新方向的不断拓展下，原有的玻璃纤维模量（固体材料抵抗形变能力的物理量）增长接近极限，在叶片中加入碳纤维成为大势所趋。

    走进中复碳芯碳纤维风电叶片大梁板生产现场，笔者目睹了其拉挤大梁板生产的全过程。只见每排25个滚轮缠绕着T300碳纤维线在生产线聚集、整理、浸润、冷却、压制成型，实现了从“线”到“板”的物理变形。

    中复碳芯技术研发部经理刘传瑞介绍，风轮组件是风能转换成动能的核心部分，主要由叶片、轴颈、齿轮箱、大梁板等组成。其中大梁板是连接叶片和轴颈的支撑组件，主要起支撑和保持叶片姿态的作用，并承受着风载荷、重量等多方面的力，对于风轮的稳定性和寿命等方面起着重要作用。

    简单地说，制造一片风电叶片，必须要有性能良好的大梁板，才能更好地支撑叶片的转动，并保障其在全生命周期顺利运转。

    在传统制造工艺中，风电大梁板主要是由玻璃纤维通过灌注的方式制造出来。然而，随着风电行业成本内卷，叶片制造厂家需要选择性能更好、制造成本更低的大梁。于是，碳纤维大梁板应运而生。刘传瑞用一组数据说明了碳纤维大梁板的好处：相比高模玻纤，主梁整体减重20%~30%，叶片成本节约10%左右。

    为何会产生这样的成本差呢？

    在传统的灌注工艺中，工人需要手工将一层层的玻璃纤维布裹在模具上，并通过真空带将纤维布之间抽真空，促使模具内部形成负压空间。这相当于我们建房子时搭好钢筋。随后，工作人员需要将液态树脂通过负压导入模具，为房子浇筑“混凝土”。通过这一系列的操作，才能完成风电叶片大梁板的生产。

    而碳纤维拉挤大梁板的生产就简单很多。其通过拉挤工艺将碳纤维纤维束直接浸入树脂中，经固化模具加热后就可以直接固化。因为整个过程都是由设备完成，可以有效地节省生产成本，并且能赋予大梁板更高的纤维含量，也就具备更高的模量。

    2019年，中复碳芯联合国内最大的主机厂商金风科技、叶片厂商中复连众一起开发了国内最早的玻纤大梁板并挂机应用。经过3年的技术创新，2022年，中复碳芯研发出双无脱大梁板，可以通过大梁板表面的活性材料直接同叶片进行粘连。

    “更为重要的是，企业生产超高速拉挤速度最高可达到1m/min以上，较常规产品生产效率提高近30%。”刘传瑞说。

    2021年起，国内叶片厂商逐步将传统灌注工艺制作叶片主梁变更为使用玻纤及碳纤维大梁板制作主梁，提高了主梁模量。相同成本下，叶片可以做得更长，单位容量的风机装机成本得以降低，中国风电叶片竞争力持续增强。

    碳纤维“钢筋”吊起千吨重量

    我国门类齐全、独立完整的工业体系和超大规模市场优势，为碳纤维市场应用创造了丰富场景，其中最重要的就是建筑领域的使用。

    5月23日，西安市高新区沣邑大桥全面建成通车。沣邑大桥设计为三塔斜拉桥，桥面总长526米，桥梁总宽57米，采用双向十车道通行，是目前全世界最宽的全漂浮体系多塔斜拉桥。碳纤维索的应用，不仅展示了我国在桥梁建设领域的先进技术和实力，也为全球桥梁建设提供了新的思路和方向。

    在人们传统观念中，斜拉桥一般使用的是钢索。当年港珠澳大桥修建时，其拉索采用的是高强度钢绞线，这种材质经过特殊的处理和加工，能够承受极高的张力和变形。

    随着碳纤维应用场景的扩展，碳纤维索成为中国桥梁新的选择。因为传统钢材承载强度大约在1500兆帕，特钢大约在2000兆帕，而碳纤维索可以达到3000兆帕左右，远高于传统钢制拉索，但其重量仅有钢制拉索的五分之一，具有良好的耐受力。

    刘传瑞介绍，沣邑大桥所采用的碳纤维拉索，是目前世界最大规格的碳纤维拉索。每一束碳纤维索是由253根直径为7毫米的碳棒集束成型的，其可以承载2800兆帕的强度，其锚固力更是高达2000吨。其碳纤维筋材采用中复神鹰SYT49S-24K碳纤维制成，依托中复碳芯在碳纤维拉挤技术和工艺方面的积累，实现了碳纤维原丝到制品的性能高效转化，拉伸强度高达3200兆帕。

    其实，碳纤维束不仅可以拉住“中国桥”，还可以当钢材使用。

    在中复碳芯展馆中，笔者看到了一个特殊的碳纤维束，碳纤维碳棒被制作成螺纹钢筋模样。原来，在湖北丹江口水库特大桥修建时，因为当地的地质条件不理想，设计人员摒弃了钢材，而是选用28束碳纤维锚杆将整个桥墩“锚”在山体上。这项应用不仅节省了大桥基础的开挖量，还节省了8000多立方米的混凝土用量。

    碳纤维应用领域还在不断拓展

    新材料产业茁壮成长的背后，是企业数十年如一日的研发积累和技术攻关。在新材料领域，一旦在关键核心技术上实现了飞跃性创新和产业化突破，市场便会作出相应的反馈。

    在中复碳芯展馆内，笔者看到了很多该企业的碳纤维材料产品：复合材料光伏边框，重量比铝合金边框轻22%，并具有1000小时抗紫外线能力，边框使用寿命可达20年以上；新能源大巴车装碳纤维型材一般能减轻质量35%，从而节约能源；多股绞合碳纤维复合芯导线，有效地增强电网稳定性，并已经在智利国家电网改造中被广泛使用。

    目前，中复碳芯建有近400条复合材料拉挤生产线、8条各类导线生产线，具备年产5万公里碳纤维复合芯棒、2万公里各类导线、10万吨拉挤复合材料制品的生产能力，产能位居全国第一。企业产品应用于电力输送、风电光伏、建筑桥梁、工程机械四大领域。

    7月11日，中复碳芯拉挤复合材料数字工厂落成。中复碳芯党总支书记、副董事长任桂芳介绍，数字化转型是近年来中复碳芯优化生产流程、提高生产效率、降低生产成本的重要战略。

    此次落成的中复碳芯数字工厂，是企业年产3万吨风电叶片大梁板数字化生产线项目。走进数字工厂，笔者看到企业复合材料检测中心依托SCADA数据采集软件系统，实现每条产线的数据采集都在线上完成。管理人员在办公室里用手机就可以实时监测所有环节的运行参数，及时发现问题。

    面对机遇，中复碳芯正持续加大在碳纤维复合材料拉挤工艺技术研发方面的投入，将碳纤维复合材料的应用拓展到更多行业和领域，推动产业的多元化发展。

（转自连云港日报云报-20240811：http://lygrbepaper.lygfb.cn/Page/index/pageid/1521883.html#1521883）