東華大学研究室「ブラックゴールド」炭素繊維支援ロケットが打ち上げ

先日、記者は東華大学材料科学・工学院の潘鼎教授の実験室に入り、炭素繊維の不思議なところです。

実験室では、潘教授は黒い炭素繊維の原糸を切り出し、200グラムの分銅に結び付け、ステントに掛け、2000℃の高温の噴火銃で炭素繊維をアライメントした。焼断されていないだけでなく、炭素繊維は触っても熱くなく、外観は少しも変化していない。

「炭素繊維を製造する過程は、簡単に言えば『原糸+炭化』です」と潘鼎教授は記者に語った。ビスコース糸、ポリアクリロニトリルまたはアスファルトなどの有機母体繊維は、1000℃〜3000℃の高温の不活性ガス処理を経て、結果として炭素を除くすべての元素が除去される。潘鼎教授は、1980年代、我が国の第1の戦略兵器は最後の2つの長い攻撃ができないレガシーの難題に直面していたと回想している。その一つの「ブロックタイガー」は宇宙飛行級の高純度ビスコース基炭素繊維である。大陸間弾頭防熱層の重要な材料として、宇宙飛行級の高純度ビスコース基炭素繊維の性能、品質は飛行の品質と成否に直接関係する。原料の要求が極めて高く、製造技術が極めて難しかったため、当時は米露の2つの超大国だけが保有していた。

「難関は攻められず、ミサイルは天に上がれない！」潘鼎教授が率いる炭素繊維プロジェクトチームは危機に瀕し、綿パルプ基セルロースを原料とし、前後して「原糸、技術、強度、廃棄」などの難関を攻略し、4年間苦戦し、炭素繊維生産の基礎理論、技術、製造などの面で突破し、宇宙クラスの高純度ビスコース基炭素繊維の開発に成功し、我が国はこれにより世界で3番目に宇宙クラスの高純度ビスコース基炭素繊維の開発技術を掌握した国となった。

新材料産業の「世代交代・グレードアップ」のために、科学者はまたポリアクリロニトリル基炭素繊維の持続的な難関攻略に投入した。ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、ビスコース系炭素繊維に比べて国防軍需産業にも使用されているが、航空機、自動車などの交通機関だけでなく、建材、医療機器、スポーツ用品などの分野にも広く関与している。例えば飛行機は、以前はアルミニウム合金の消耗品を多用していたが、疲労限界があり、ポリアクリロニトリル基炭素繊維の材質に変えると、機体がより軽く、より速く飛ぶだけでなく、より重要なのは、強度が強化され、破断確率が大幅に低下し、安全係数も大幅に向上したことである。また、例えば、沿海都市の空気には塩が多く、高架橋の建設にも炭素繊維が使われ、耐食性が強化されている。今では庶民の家に飛び込んでいる超軽量自転車、バドミントンラケットも炭素繊維材料で作られている。

2015年までに、国内の炭素繊維生産能力の需要は1万2000トンに達する見通しだ。そのため、炭素繊維研究では基礎研究を重視するだけでなく、企業と協力して革新し、技術と技術の革新を実現しなければならない。そのため、東華大学は国内最大の民用炭素繊維生産企業と東華大学―中復神鷹炭素繊維工学研究センター、東華大学材料科学と工学博士後流動ステーションなどの協同革新プラットフォームを設立し、企業の研究開発実力を向上させた。