蛇年春节前两天，山西大同的气温降至零下24摄氏度，寒风刺骨。

老家远在千里之外的中国科学院山西煤炭化学研究所研究员张寿春还坚守在大同的产业园区，为即将竣工的高端碳纤维项目安排春节前后的工作。

碳化厂房。张寿春供图

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高端碳纤维材料作为一种高性能的新材料，广泛应用于航空航天、核能等重点产业和领域。该项目是山西省重点支持的“年产200吨T1000级高性能聚丙烯腈基碳纤维示范项目”。

张寿春告诉《中国科学报》，现在正是该项目的设备调试关键阶段，即将收尾。尽管天气严寒，但园区内的科研人员和施工团队依然坚守岗位，做最后的冲刺。

距离正式投产“一步之遥”

在大同的产业园区内，一座现代化的高端碳纤维生产基地已经初具规模。

该项目自2012年立项以来，历经了十几年的研发，在2023年正式迈入施工建设阶段。

张寿春作为项目的技术负责人，心情激动而复杂。“距离正式投产只有‘一步之遥’。”然而，严寒的天气为项目进展带来了巨大挑战。

自入冬以来，大同地区频繁遭遇严寒天气，室外最低气温骤降至零下二十几度。在产业园区内，由于暖气尚未接通，厂房内最低温度达到-16℃。

张寿春介绍，在低温条件下，施工难度进一步加大，混凝土浇筑和管道焊接工作都需要采取特殊措施，不可避免地导致施工效率下降。部分设备在低温环境下也出现了启动困难、运行不稳定等问题，给单机调试工作带来了诸多不便。

科研人员和施工团队开始自备锅炉，试图通过临时供暖来解决部分设备的调试问题，但项目工作仍面临诸多挑战。

其中，室外的纯化装置是项目的关键设备之一。纯化装置对于管道布置的要求近乎苛刻，每一处细节都可能影响到整个流程的效果。恰逢寒流过境，零下二十度的低温让呼吸都变得沉重。仅仅十分钟，刺骨的寒意就穿透了科研人员的层层衣物。

“坡度不对！”科研人员的声音在寒风中显得格外清晰。他们发现，物料管道没有依据管道仪表流程图设置坡度。张寿春说，这个问题看似微小，实则影响重大，如果物料流动不畅，轻则影响项目效率，重则可能引发设备故障。

时间紧迫，科研团队争分夺秒，迅速协调了业主方、设计院和施工方进行整改，及时避免了管道施工不合格可能带来的故障风险。

与此同时，室内低温也给设备运转带来了诸多问题。由于气温过低，设备内的润滑油在低温下凝固，导致部分进口泵阀启动困难，运转时出现卡顿现象。为了解决这一问题，科研人员更换了润滑油，并对设备的转动元件进行了预热和保温处理，确保设备能够在低负荷下顺利启动和运行，为项目的正常运行提供了有力保障。

“项目进展比预期延后了一个月，后面应该能赶上来。”张寿春说，尽管如此，该项目的施工进度依然是近年来同类工程中速度最快的。

“新材料之王”的国产化替代

碳纤维及其复合材料兼具高强、高模、低密度、耐高温等优良特性，被誉为“新材料之王”，从航空航天到体育用品，它几乎无处不在。张寿春举例说：“每架C919飞机大约需要使用4到5吨的高端碳纤维材料；而一个10MW大型风力发电机的叶片需要用到7吨左右碳纤维。”

高端碳纤维及复合材料被列为关键战略材料，其技术突破与产业化进程，与我国战略性新兴产业的发展紧密相连。

张寿春告诉《中国科学报》，我国碳纤维研发工作起步于1976年，但前期发展极为缓慢。进入21世纪以来，在国家科技与产业计划的支持下，我国高性能碳纤维生产工艺技术、装备技术及应用等方面取得了较大进展。但我国碳纤维行业相关技术水平总体上仍然落后美日发达国家，高端碳纤维等关键领域碳纤维尚未实现单线数百吨级的稳定化生产。

“突破高强碳纤维低成本规模化生产技术、高强中模碳纤维及高强高模碳纤维稳定化生产技术，满足高端装备用碳纤维及其复合材料全面自主保障需求，是我国新材料产业未来10年重点支持和发展的方向。”张寿春说，正是出于这种前瞻性考虑，中国科学院山西煤炭化学研究所在2012年自筹资金启动了相关项目。

经过十几年的技术积累，张寿春和同事们通过对核心工艺的深入研究和优化，终于突破了关键技术，使得碳纤维的强度、模量和韧性等性能指标达到了国际先进水平，并提高了生产过程的碳化效率和质量稳定性。

与此同时，山西省作为我国重要的能源基地，一直致力于产业结构调整和转型升级。2022年，大同市政府、华阳新材料集团、中国科学院山西煤炭化学研究所立足新发展阶段，共同签订了碳基新材料项目合作协议，在大同市建设高性能碳纤维生产基地，落地T1000碳纤维产业化，推进M40X碳纤维、复合材料等应用研发与产业化。

“一期项目完成后，将形成200吨/年的T1000级高性能聚丙烯腈基碳纤维生产能力，为航空航天、民用高技术领域提供国产化的关键碳纤维材料支撑。”张寿春说。

与时间赛跑的“破局”

“我们技术方组建了一支约50人的高素质、富有经验的技术团队，包括专业的工艺技术人员、设备技术人员和一线生产操作人员，全程跟踪和参与项目建设。”张寿春是这支技术团队的负责人。

一方面，他要负责总体技术工作，带领技术团队完成项目基础工艺数据包设计，制定安全操作规程、工艺技术规程、联调联试方案、开停车方案等生产作业文件，开展设备联合试运转和实现达标达产等。

另一方面，他还要承担部分管理协调工作，包括协调项目节点进度、组织一线生产操作人员技术培训和生产实操模拟等。

张寿春表示，为了保障呕心沥血完成的科研成果能真正变成先进生产力，在项目建设过程中，科研人员始终坚守一线，与施工人员紧密合作，承担技术指导、方案优化和质量控制的重要职责。

冰冷的厂房内外，他们共同勾勒出一幅“如火如荼”的繁忙景象。

在车间净化系统、通风系统、消防系统的施工环节，科研人员担当起技术导师的角色，对装置内配套公辅设施的施工质量要求进行细致入微的技术讲解。他们以专业的眼光，结合设计施工图纸，对现场实际施工情况进行全面审查，不放过任何一个细节，查漏补缺，提出具有针对性的整改和优化方案。

在核心设备质量控制与检验等关键环节，科研人员更是严把质量关。他们对核心设备安装施工过程中使用的原材料、设备零部件以及施工工艺进行严格的质量检验。通过原材料的抽样检测、设备零部件的性能测试以及施工工艺的现场监督等手段，确保每一项施工内容都精准符合设计要求和技术标准，为项目的顺利推进保驾护航。

技术团队定期参与施工例会，与施工管理人员及一线作业人员交流施工进度、技术问题和安全状况，及时掌握现场需求。一旦施工过程中遭遇技术难题，信息便迅速反馈至科研人员，他们则火速赶往现场，凭借专业知识和经验，为问题的解决提供指导。

“通过这种紧密合作，科研人员和施工人员形成了一个高效的工作团队，共同克服了施工过程中的各种困难，确保了项目的顺利推进，打造高效、安全、优质的精品工程。”张寿春说。

在未来三个月内，项目将完成生产线所有设备的调试验收工作。

这是一场与时间赛跑的“破局”。“我国高端装备等产业的迅速发展，亟需高端碳纤维产品及应用技术，实现高端碳纤维的国产化、低成本化制造已迫在眉睫。”张寿春说，项目成功投产后，这里将成为国内高端碳纤维材料的重要生产基地，并有望为国家战略性新兴产业发展提供国产关键原材料支撑，为推动区域经济战略转型和我国新材料产业发展做出重要贡献。