【連網】（記者 周瑩 朱迅 通訊員 呂彤彤 宋曉環 王月）一根手指粗，重量只有0.5克的纖維，錨住了大國工程的“身軀”，擔當起中國車的“盔甲”。這種神奇的纖維就是碳纖維。
碳纖維因為具有強度高、模量高、耐高溫、重量輕等諸多優勢性能，在現代制造業中應用前景廣闊，被譽為“工業黑黃金”。在江蘇連云港開發區中復碳芯，筆者見證了一根碳纖維的“七十二變”。
中國風電葉片的“脊梁”更堅韌
在風電產業快速發展，特別是風機大型化、葉片長度變長等創新方向的不斷拓展下，在葉片中加入碳纖維成為大勢所趨。
走進中復碳芯碳纖維風電葉片大梁板生產現場，筆者目睹了其拉擠大梁板生產的全過程。只見每排25個滾輪纏繞著T300碳纖維線在生產線聚集、整理、浸潤、冷卻、壓制成型，實現了從“線”到“板”的物理變形。
中復碳芯技術研發部經理劉傳瑞介紹，風輪組件是風能轉換成動能的核心部分，主要由葉片、軸頸、齒輪箱、大梁板等組成。其中大梁板是連接葉片和軸頸的支撐組件，主要起支撐和保持葉片姿態的作用，并承受著風載荷、重量等多方面的力，對于風輪的穩定性和壽命等方面起著重要作用。
簡單地說，制造一片風電葉片，必須要有性能良好的大梁板，才能更好地支撐葉片的轉動，并保障其在全生命周期順利運轉。
在傳統制造工藝中，風電大梁板主要是由玻璃纖維通過灌注的方式制造出來。然而，隨著風電行業成本內卷，葉片制造廠家需要選擇性能更好、制造成本更低的大梁。于是，碳纖維大梁板應運而生。劉傳瑞用一組數據說明了碳纖維大梁板的好處：相比高模玻纖，主梁整體減重20%到30%，葉片成本節約10%左右。
為何會產生這樣的成本差呢？
在傳統的灌注工藝中，工人需要手工將一層層的玻璃纖維布裹在模具上，并通過真空帶將纖維布之間抽真空，促使模具內部形成負壓空間。這相當于我們建房子時搭好鋼筋。隨后，工作人員需要將液態樹脂通過負壓導入模具，為房子澆筑“混凝土”。通過這一系列的操作，才能完成風電葉片大梁板的生產。
而碳纖維拉擠大梁板的生產就簡單很多。其通過拉擠工藝將碳纖維纖維束直接浸入樹脂中，經固化模具加熱后就可以直接固化。因為整個過程都是由設備完成，可以有效地節省生產成本，并且能賦予大梁板更高的纖維含量，具備更高的模量。
2019年，中復碳芯聯合主機廠商金風科技、葉片廠商中復連眾一起開發了國內最早的玻纖大梁板并掛機應用。經過3年的技術創新，2022年，中復碳芯研發出雙無脫大梁板，可以通過大梁板表面的活性材料直接同葉片進行粘連。
“更為重要的是，企業生產超高速拉擠速度最高可達到1m/min以上，較常規產品生產效率提高近30%。”劉傳瑞說。
2021年起，國內葉片廠商逐步將傳統灌注工藝制作葉片主梁變更為使用玻纖及碳纖維大梁板制作主梁，提高了主梁模量。相同成本下，葉片可以做得更長，單位容量的風機裝機成本得以降低，風電葉片競爭力持續增強。
碳纖維“鋼筋”吊起千噸重量
5月23日，西安市高新區灃邑大橋全面建成通車。灃邑大橋設計為三塔斜拉橋，橋面總長526米，橋梁總寬57米，采用雙向十車道通行。碳纖維索的應用，不僅展示了我國在橋梁建設領域的先進技術和實力，也為全球橋梁建設提供了新的思路和方向。
在人們的傳統觀念中，斜拉橋一般使用的是鋼索。隨著碳纖維應用場景的擴展，碳纖維索成為中國橋梁新的選擇。因為傳統鋼材承載強度大約在1500兆帕，特鋼大約在2000兆帕，而碳纖維索可以達到3000兆帕左右，遠高于傳統鋼制拉索，但其重量僅有鋼制拉索的五分之一，具有良好的耐受力。
劉傳瑞介紹，灃邑大橋所采用的碳纖維拉索，每一束由253根直徑為7毫米的碳棒集束成型，可以承載2800兆帕的強度，其錨固力更是高達2000噸。
碳纖維束不僅可以拉住“中國橋”，還可以當鋼材使用。
在中復碳芯展館中，筆者看到了一種特殊的碳纖維束，碳纖維碳棒被制作成螺紋鋼筋模樣。原來，在湖北丹江口水庫特大橋修建時，因為當地的地質條件，設計人員摒棄了鋼材，而是選用28束碳纖維錨桿將整個橋墩“錨”在山體上。這項應用不僅節省了大橋基礎的開挖量，還節省了8000多立方米的混凝土用量。
碳纖維應用領域不斷拓展
新材料產業茁壯成長的背后，是企業數十年如一日的研發積累和技術攻關。在新材料領域，一旦在關鍵核心技術上實現了飛躍性創新和產業化突破，市場便會作出相應的反饋。
在中復碳芯展館內，筆者看到了很多該企業的碳纖維材料產品：復合材料光伏邊框，重量比鋁合金邊框輕22%，并具有1000小時抗紫外線能力，邊框使用壽命可達20年以上；新能源大巴車裝碳纖維型材一般能減輕質量35%，從而節約能源；多股絞合碳纖維復合芯導線，有效地增強電網穩定性，并已經在智利國家電網改造中被廣泛使用。
目前，中復碳芯產品應用于電力輸送、風電光伏、建筑橋梁、工程機械四大領域。
7月11日，中復碳芯拉擠復合材料數字工廠落成。中復碳芯黨總支書記、副董事長任桂芳介紹，數字化轉型是近年來中復碳芯優化生產流程、提高生產效率、降低生產成本的重要戰略。
此次落成的中復碳芯數字工廠，是企業年產3萬噸風電葉片大梁板數字化生產線項目。走進數字工廠，筆者看到企業復合材料檢測中心依托SCADA數據采集軟件系統，實現每條產線的數據采集都在線上完成。管理人員在辦公室里用手機就可以實時監測所有環節的運行參數，及時發現問題。
面對機遇，中復碳芯正持續加大在碳纖維復合材料拉擠工藝技術研發方面的投入，將碳纖維復合材料的應用拓展到更多行業和領域，推動產業的多元化發展。
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