潔凈的廠房里，高性能碳纖維生產線一刻不停地高速運轉著。
透明的聚丙烯腈紡絲溶液，穿過有成千上萬個微米級小孔的噴絲板，噴出的白絲被數不清的輪子拉扯著向前，穿過蒸汽、蹚過油劑，再穿過烘干機，越扯越細，直到每根絲如羊毛一般。
之后，白絲被運到另一條生產線上，繼續被輪子拉扯向前。數百攝氏度的氧化爐，讓白絲變得焦黃；上千攝氏度的碳化爐，又讓黃絲變得烏黑。千錘百煉后，“人工羊毛”變成了“黑色黃金”，成為航空航天尖端裝備中一種不可或缺的材料——高性能碳纖維。
很少有人知道，這套位于山西太原的生產線之所以能夠化“腐朽”為“神奇”，是因為背后有一支國家戰略科技力量。中國科學院山西煤炭化學研究所（以下簡稱山西煤化所）科研團隊的技術支撐，讓國產高性能碳纖維走上了一條從無到有、從小到大的路。
在科研人員的印象中，故事要從我國第一條宇航級T300碳纖維生產線的誕生說起。
立下“軍令狀”
碳纖維具有輕質高強的特點，常被用在航空航天飛行器上。飛行器的運動速度高、過載大，對材料強度和變形有嚴格要求，而商用飛機每減重一公斤，一年就能節約3000美元的燃料，航天飛行器每減重一公斤，就能節約1萬美元的燃料。除此之外，它在汽車、發電設備和體育器械等領域也有廣泛應用。
然而，世紀之交，我國尖端領域使用的高性能碳纖維供應一度緊張，價格飛漲。2001年初，年過八旬的兩院院士師昌緒呼吁國家大力發展國產高性能碳纖維。很快，我國開始高度重視碳纖維的國產化研究，并啟動了“863”計劃相關專項。
到2005年前后，形勢越發嚴峻，日本、美國加緊對我國碳纖維技術的封鎖和產品的禁運，導致我國高端領域用碳纖維陷入“斷糧”境地，不少國家重要尖端裝備“無米下炊”。
2005年春天的一個下午，時任山西煤化所所長孫予罕接到一通電話：“院領導正在寬溝開會，明天下午4點前你務必趕到寬溝，有急事，你一個人來。”
打電話的人是當時的中國科學院高技術研究與發展局學術秘書蔡榕。從蔡榕急促的語氣里，孫予罕意識到事情的緊迫。第二天一大早，他開車直奔位于北京郊區的寬溝會議中心。當天下午，孫予罕坐進會議室，他的對面坐著多位中國科學院領導。
孫予罕至今記得，他被問了一個很直接的問題：“國家急需宇航級T300碳纖維，山西煤化所能不能擔起這項任務？”
短短一句提問里包含的信息量極大。孫予罕遲疑了。
“T300”是日本東麗公司研發的碳纖維牌號，“T”代表拉伸強度，后面的數字越大，碳纖維的力學性能指標就越高。橫截面1平方毫米的T300碳纖維，可以吊起重約百公斤的物體。這樣的性能，讓它成為一些重要裝備所用復合材料的重要組成部分。
當時，山西煤化所在高性能碳纖維研制方面已有30多年的積累，是中國科學院最早研究碳纖維的研究所之一。上世紀六七十年代，所里的老一輩科學家在基本無參考資料的情況下，突破系列關鍵技術，建成我國第一條聚丙烯腈基碳纖維氧化碳化中試生產線，并生產出“高強Ⅰ型”碳纖維。這種碳纖維的性能雖遠低于T300，卻解了當時國家的燃眉之急。
此后，科研人員雖然研制出了T300碳纖維樣品，但與進口產品相比，性能差距大、生產工藝和裝備控制精度不足、產品性能穩定度差、生產規模小。更嚴峻的是，國家需求的節點擺在那里——2008年6月30日前必須確保產出能滿足應用需求的宇航級T300碳纖維，而2005年時，大家連“宇航級”包含哪些性能指標都不是十分清楚。
看到孫予罕遲疑，院領導承諾會全力協調院內外相關力量給予協助。
孫予罕點點頭：“好，我們干。”
當晚，孫予罕趕回太原，召集研究所領導班子成員和高性能碳纖維研發的業務骨干開會。
會上，碳纖維技術帶頭人、山西煤化所研究員呂春祥感受到一股撲面而來的壓力。當時，他正帶領團隊開展碳纖維的基礎研究工作。他知道，這項新任務與他們日常的科研節奏截然不同，將帶來不同尋常的新挑戰。
“當時我們的T300碳纖維處于有成果沒技術、有技術沒產品的狀態，制備幾根絲沒問題，但是要批量生產，還要滿足極其苛刻的指標要求，很難。”呂春祥回憶。
有關資料表明，日本東麗公司從研制出共聚聚丙烯腈原絲到生產出T300大約用了五年時間，改進、完善和提高質量大約用了十年時間。但是，留給中國科學家的時間只有三年。
挑戰來臨，現實沒有給他們留任何退路。呂春祥把心一橫：“‘干了，死了’總比‘不干，死了’強。”
吹響集結號
2005年5月16日，呂春祥寫出了T300碳纖維工程化研制項目建議書的初稿；7月末，山西煤化所將完善后的建議書上報給國家有關部門，申請承擔宇航級T300碳纖維的工程化研制任務。
在討論T300碳纖維技術方案時，大家發現，碳纖維生產所需的兩種關鍵輔料還沒有著落，一是油劑，二是上漿劑。
油劑和上漿劑分別被用在原絲生產和氧化碳化幾個關鍵環節，它們既能讓幾千根絲合成一股不散，又能保證被合成股的線搓回絲狀。更重要的是，這兩種輔料直接影響碳纖維的表面結構和之后制成的復合材料的性能。
那年秋天，一次會議上，中國科學院開始組織多個實力雄厚的院屬單位共同參與項目攻關，其中化學研究所（以下簡稱化學所）負責研制油劑，上海有機化學研究所（以下簡稱上海有機所）、長春應用化學研究所負責研制上漿劑。
任務布置后，各所的參會代表吃了頓午飯。飯桌上，大家嘴上打趣說“這是‘鴻門宴’”，心里卻憋了一股勁，“干不成就提頭來見”。
接到任務后，各個研究所分頭行動起來。例如，上海有機所在時任所長姜標的領導下，迅速匯聚單位在有機化學研究領域的核心技術力量，形成一支以曹阿民研究員為核心的十余人攻關團隊，包含了高分子化學、紡織材料、復合材料等多領域的人才隊伍，開始對上漿劑進行集中研發攻關。
就在中國科學院以建制化力量支撐宇航級碳纖維研制時，山西煤化所內部也在集結攻關隊伍。
研究所級別的攻關總體組很快成立，所長孫予罕任組長，呂春祥和時任所長助理李燕生任副組長。所里多個研究部門的優秀科研人員聚集起來，形成了一支20多人的核心團隊和百余人參與的攻關隊伍，所里又增派副所長韓有清駐工程試驗現場協調處理問題。攻關總體組還采用了航天工程“兩總制”組織管理方式，由孫予罕負責項目統籌、呂春祥負責技術攻關。
隨后，國家項目正式批復。國家成立專門的攻關領導小組，中國科學院為成員單位。
就這樣，在國家項目經費和中國科學院配套經費的支持下，山西煤化所承擔起宇航級碳纖維工程化的科研攻關任務和生產線建設任務。
2006年3月22日，中國科學院2006年度工作會議再次強調，“中國科學院作為國家戰略科技力量”，要“著力提高保障國家安全的能力，并為我國未來和長遠發展積累雄厚科技基礎”。
此時，在太原小店中試基地，攻關項目負責同志、高性能碳纖維技術業務骨干圍坐在一起，對著一塊大白板，一步步倒推進度節點，分析每個環節可能遇到的技術挑戰和工程難題。在白板密密麻麻的字跡里，一張小店試驗線建設的“作戰圖”浮現出來。圖的左側寫著工程節點時間，右側標注了每個人的任務分工。
看著“作戰圖”上的時間節點，孫予罕走到呂春祥面前，輕聲問：“小呂，行不行？”
“行！”呂春祥說。此刻，他默默地告訴自己：“豁出去了，不行也得行。”
小店試牛刀
“作戰圖”里，有兩個讓呂春祥壓力很大的節點，一是“4月24日，成線可看”，二是“4月30日，紡出原絲”。
這兩個節點，都與原絲工程化試驗線有關。
T300碳纖維用的原絲，類似日常生活中常見的腈綸。當時，山西煤化所在原絲工程化試驗線上的建設經驗，不及在氧化碳化線上的建設經驗豐富。適合T300的原絲工程化試驗線的建設，成了小店中試試驗過程中最難啃的一塊“硬骨頭”。
呂春祥馬不停蹄地帶著團隊設計工藝流程，研制聚合釜、脫單塔、噴絲頭、蒸汽牽伸機等關鍵設備，尋找合適的生產原料……
2006年4月23日，周日，原絲工程化試驗線迎來管道注水冷試車的節點。然而，晚上11點多，安裝工作負責人突然發現水灌不進去。大半夜，安裝工作負責人急得直掉眼淚。此時，距離安裝成線的最后期限只剩下不到24小時。最后，經過20個小時的查探和處理，4月24日晚上10點，問題終于得到解決。
4月30日，又是一個周日，下午5點，原絲工程化試驗線收取了數軸亮白的原絲。“這是小店原絲工程化試驗線研制過程中的一個重要進展。”呂春祥回憶。
但是，沒有人停下來慶祝，因為后面還有一道道難關等著他們，首要難關就是確保原絲性能的穩定。
之后，根據原絲的質量，科研人員反過來再調整試驗線上的工藝。歷經半年，試驗近百釜，原絲性能終于穩定下來。
與此同時，上海有機所的上漿劑和化學所研制的油劑也取得突破。例如，上海有機所團隊攻克了上漿劑與碳纖維表界面分析及匹配、樹脂關鍵原材料合成制備、乳液配方體系優化、均質乳化分散技術等難題，最終研制得到適合于T300碳纖維的K系列專用水性乳液型上漿劑，破解了T300碳纖維無上漿劑可用的困境。
那段時間，小店中試基地的一舉一動都牽扯著大家的心。呂春祥干脆住在基地的板房里，最久的一次有18天沒回家。中國科學院安排蔡榕作為項目“專務”每周去小店試驗現場實地了解工程進展。用戶單位的技術人員也時常住在基地，和研究團隊共同討論技術問題，協商進度。
2007年6月，太原小店中試基地的T300碳纖維工程化試驗取得階段性成果，批量制品達到T300碳纖維的基本指標。但是，由于當時技術認識水平和裝備水平的局限性，工程化試驗線還存在精度不夠、產能不足的問題。
“需要建設更高水平、更大規模的工程化試驗線，全面掃清科研轉批產的障礙。”呂春祥說。
于是，項目團隊隨即進入下一攻關階段——在江蘇揚州建設產能更大的原絲線和氧化碳化線。
“看來是成功了”
在揚州，新的T300原絲和氧化碳化工程試驗線規模擴大了好幾倍，不少關鍵技術和裝備遇到了新的挑戰。
2007年6月，T300碳纖維試驗成功后，項目團隊很快在揚州啟動了氧化碳化線的建設，并在2007年9月28日完成建設任務。
一個多月后，科研團隊將小店工程化試驗線上生產的原絲，運到揚州新建成的氧化碳化線上，生產出第一批T300碳纖維。
氧化碳化線建設完成后，原絲生產線的建設就成為項目團隊要破解的最關鍵難題，而大容量聚合釜則是讓呂春祥等人最撓頭的問題之一。
聚合是碳纖維制備的第一個化學反應工序，聚合釜是聚合反應用的“鍋”。在中試階段，為了保證聚合釜能穩定產出性質一致的聚丙烯腈紡絲溶液，呂春祥摒棄了傳統聚合釜的連續聚合工藝，顛覆性地設計并采用了間歇聚合工藝。
“原絲性能要高，就好比熬一鍋粥，不僅不能煳鍋，還必須保證每粒‘米’的生熟度一致。連續聚合是連續不斷地進料、不斷地煮，容易煳鍋，如原料不均勻，過濾器也容易堵，每3個月就要清洗一次；間歇聚合則是一鍋一鍋煮，煮好了放到罐子里，然后紡絲，不僅原料均勻穩定，而且過濾設備可以多年不清洗。”呂春祥說。
實際上，聚合反應釜的研制和反應控制要比鍋里煮飯復雜得多，它對材質、形狀、耐壓、防爆、攪拌、溫控等方面的要求都非常苛刻。在工程放大過程中，這種國內前所未有的新工藝聚合釜，遇到了前所未有的挑戰。聚合反應的原料丙烯腈是甲級防爆高毒物，在聚合過程中會發生強放熱反應，聚合釜容量增加后，防爆能力也必須增強。因此，聚合釜的容量越大，設計難度也越大。
怎樣才能讓聚合釜既有大容量，又能安全穩定？呂春祥等人沒有可借鑒的經驗，只能一步步摸索。頂著巨大的壓力，他拿著設計方案請高分子化工、高分子物理、流變學、反應動力學、傳質傳熱、自動控制、化工設備等多學科和專業領域的專家反復論證，確保方案科學合理。
2008年5月，大容量聚合釜被裝上了生產線。
5月25日一早，聚合釜投料。呂春祥一天一夜沒合眼。
5月26日一早，身在太原的孫予罕發短信問呂春祥：“聚合怎么樣？”
“控制平穩。”
“看來是成功了！”孫予罕回復。
此時，離產品交付的最后期限，只剩短短一個月。
白絲變黑絲，黑絲變白絲
最后的沖刺開始了。很多親歷者都說，那是他們終生難忘的30天。
他們要趕在最后期限前，讓原絲生產線上產出的絲在氧化碳化線上變成性能穩定且達到“宇航級”標準的碳纖維。
按照用戶部門的要求，宇航級碳纖維在滿足二十多項指標的同時，萬米以上長度碳纖維、不同批次碳纖維的力學性能指標離散性都必須控制在5%以內。
一批批白絲運上氧化碳化線，變成黑絲之后再送到檢驗部門做性能測試。可是，半個月過去了，碳纖維的綜合性能穩定性還是不達標。
時針不停地轉，每個人的心都像被放進了油鍋里。孫予罕和呂春祥帶著科研團隊，每天駐守在生產線上反復排查，解決可能影響碳纖維性能的工藝問題。
有一天大家坐在一起吃飯，不知誰調侃了一句：“如果做不成功，咱就去跳長江。”
2008年6月中旬的一天晚上，長江升起濃霧，揚州城被籠罩于朦朧之中。和往常一樣，碳纖維廠房里晝夜不停地出絲。
第二天早晨7點多，最新的碳纖維性能檢測報告單出爐。大家發現，碳纖維的性能指標全部合格。幾個小時后，他們收到了第二批碳纖維的性能測試報告，同樣合格。
“兩個批次一樣，沒有差別！”孫予罕和呂春祥興奮極了。
第三批、第四批、第五批……連續幾天，他們一次次重復，最終確認這種“穩定”不是偶然。
2008年6月30日，在國家要求的最后期限，山西煤化所給用戶單位送去了第一批產品，產品達到用戶單位提出的全部指標要求。這一天，是我國第一條宇航級碳纖維生產線誕生的日子，標志著我國成為繼日本、美國之后第三個可以自主生產宇航級碳纖維的國家。
這條生產線的誕生為我國更高性能碳纖維的國產化奠定了基礎。
以此為基礎，山西煤化所支撐當地有關企業，于2013年底建成比T300力學性能更高的T800高性能碳纖維生產線，使山西省成為國家高性能碳纖維產業的高地之一。
2017年6月，習近平總書記在山西考察時強調，新材料產業是戰略性、基礎性產業，也是高技術競爭的關鍵領域，我們要奮起直追、迎頭趕上。
為了讓新材料產業在全國發展壯大，山西煤化所的科研人員走出山西省，在河南等地成功轉化了多項高性能碳纖維技術。此外，科研人員還在開展更高性能的新一代碳纖維的技術攻關。
工程技術的突破帶動了高性能碳纖維產業發展。在國產宇航級T300碳纖維取得突破后，以國有企業為代表的一批企業紛紛進入高性能碳纖維行業。在全行業共同努力下，我國高性能碳纖維技術逐步突破，行業逐漸壯大，與此同時，高性能碳纖維需求量快速增長，國產化占比逐年提升。如今，我國國產宇航級碳纖維已基本能夠滿足國家和市場需求，一些其他型號級別的進口產品也隨之降價，例如民用T700S碳纖維的進口價格只有原先的三分之一。
“國內幾乎所有與碳纖維相關的企業里，都能找到山西煤化所的身影，有些用的是山西煤化所研發的技術，有些用的是從山西煤化所走出來的人才。”蔡榕說。
作為歷史的親歷者，蔡榕時常會回想起2008年6月30日那天。當時，他在揚州工程現場看到，就在大家準備慶祝一番時，一位同事把自己鎖進一間空會議室，大哭了一場，3年的壓力終于宣泄出來。
在很多親歷者眼中，第一條宇航級碳纖維生產線的研制歷程，是有組織科研和建制化研究的“典范”。它的成功得益于國家、中國科學院及其院屬研究機構從上到下的統一組織，也得益于國立科研機構與政府機關、用戶單位、企業的優勢互補、通力合作。
從2005年立下“軍令狀”到2008年滿足國家需求，宇航級T300碳纖維生產線攻關的3年里，無數批白色的原絲變成黑色的碳纖維，攻關團隊科研人員的頭上，很多發絲從黑絲熬成了白絲。
多年后的今天，他們的記憶還是會回到2008年6月中旬那個有霧的早晨。上午10點，碳纖維性能穩定，大家發現，廠房外籠罩了一夜的濃霧散了，陽光明亮而熱烈。
科研團隊研究建設圖紙。
科研團隊在揚州搭建設備。
呂春祥在揚州氧化碳化線收絲工位收絲前剪斷絲束。
碳纖維。
位于揚州的高性能T300碳纖維生產線。
本版圖片由受訪者和山西煤化所提供
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