碳纖維，也被稱為“黑黃金”。它是未來材料領域“皇冠上的明珠”，卻一直是國內企業和研究單位解不開的心結，耗時多年，徘徊不前，焦慮與無奈并存，市場一直被國外企業壟斷。
可誰都不曾料到，從2008年開始，在復旦大學以楊玉良院士為首的高分子科研小組的支持下，中國石化上海石油化工股份有限公司短短四年，就完成了碳纖維全新的工藝研發，第一次打通了從原絲到碳絲生產的全流程。如今，一條年產3000噸原絲、1500噸碳纖維的生產裝置正在緊張建設。
“高校強大的基礎理論研究與企業的工程化技術開發無縫對接，讓我們不用‘摸黑前行’，不用無謂地模仿與試錯，‘在知其所以然’的前提下少走了許多彎路，跨越了鴻溝。”上海石化副總經理張建平表示，到明年年底工程全部投產后，就可打破國外產品的壟斷地位。
“21世紀是碳纖維世紀”
在上海石化腈綸部的展示室內，我們目睹了“黑黃金”的真面目。看似普通的一卷卷的黑絲，卻不同凡響。它的密度和質量僅為鋼的1/3，可抗拉伸強度是鋼的4至9倍。
最新的波音787飛機，高性能碳纖維占其體重的20%，可省油30%以上；用碳纖維替代玻璃鋼的海上風力發電設備，葉片直徑可達100米，發電效率大幅提升，還能經受海水腐蝕；一輛用碳纖維制造的山地自行車，小朋友都可以把它提起來，可更堅實、牢固……
“有人說，19世紀是鋼的世紀，20世紀是塑料的世紀，21世紀是碳纖維的世紀。”上海石化腈綸部總工程師黃翔宇告訴記者，如今，碳纖維開始在全球各個新型領域得到實驗和應用，其中58%用于一般工業，23%用于休閑體育，還有19%則用于航空航天以及軍事裝備領域。然而，多年來，僅有日本、美國等少數發達國家擁有并掌握碳纖維生產技術，日本的東麗、東邦、三菱人造絲等三大公司，產量占世界的七成。他們從來不在海外設立原絲廠，牢牢掌控碳纖維關鍵技術，“不漏半點風聲”。
過去，國內自主研發“舉步維艱”。為啥？因為它的研發步驟繁多，程序極其復雜，其間伴隨的化學變化包括脫氫、環化、預氧化、氧化及脫氧等等，任何一個環節的細微變化，就可能讓整個研發陷入 “死胡同”。40多年來，不少國內企業前赴后繼，一次次試驗，可沒有人真正走出迷宮，實現產業化。業內直呼，“碳纖維這水有點渾、有點深！”
那么，上海石化攜手復旦大學，又是憑借什么“獨門絕技”，短短4年找到打開碳纖維大門“鑰匙”的呢？
架起理論和工藝的橋梁
“基礎不牢，地動山搖”。楊玉良一語破題：碳纖維的生產路線很長，主要分為聚合、紡絲、牽伸、預氧化、環化和碳化等工藝流程。如果按照傳統“炒菜式嘗咸淡”的試錯模式，再過上千年也找不到碳纖維的“真諦”！
成為“黑馬”，關鍵在于采取了不同以往的思路：利用基礎理論研究，從“根上”解決了碳纖維研制的原理。楊玉良說，碳纖維的研究最基礎的仍是高分子科學，這是復旦大學絕對的強項，碳纖維無論如何變，“萬變不離其宗”。
而對上海石化來說，“牽手”復旦大學，最初有點“小意外”。黃翔宇說，在以往與高校的產學研合作中，企業更愿意與離產業化更近的工科院校合作，與復旦這樣以基礎理論研究見長的高校少有 “交集”。起初，在市經信委等部門的牽線和支持下，雙方走到一起。可面對復旦大學教授們的復雜理論模型，上海石化的工程師們有些“丈二和尚摸不著頭腦”。“一連串一連串的公式，看得頭都大了。”上海石化腈綸部副總工顧文蘭雖然是科班出身，也從沒見過這么復雜的套路：這“花架子”有用嗎？復雜數字運算和理論模型，能與一根根精品碳化細絲聯系起來嗎？
第一次打消疑慮，讓雙方互信，始于紡絲流程中的“噴絲難題”。
顧文蘭說，在中試時的紡絲階段，第一次噴絲時，1.2萬個細小噴頭中竟有30%左右沒有出絲，即3600個噴絲孔“放空”，這離12K束的標準還差很遠。上海石化從以往生產腈綸工藝經驗認為，是噴絲頭的粗細等機械結構出了問題。于是，不斷換噴頭，從A系列一直換到K系列，依然如舊。“當時都有點傻了，每天守著噴絲頭，希望奇跡能夠發生。”那段時間，顧文蘭茶不思，飯不想。
而此時，在復旦大學的實驗室里，復旦課題組成員則通過物理高分子理論、數學計算、計算機模擬等找到問題的根本：原因不在噴絲頭上，而在內部溫度控制上。教授們將幾十頁的數字、公式化成簡單的文字，遞給上海石化，大家一下子茅塞頓開。根據復旦提供的參數重新設計設備，上海石化僅僅一個月就將設備零件超要求設計出來，如今出絲率穩定在96%以上。
“有了方向，路再遠也不怕”，顧文蘭說，以前總是沒方向，按照經驗不斷試，現在才體會到 “理論的力量”。
于是，信任的力量化成一座橋梁，讓一個個“金點子”，在復旦基礎理論研究與石化工程工藝設計之間“不斷跳躍”：在紡絲凝固階段，由于原絲內孔洞過多，導致強度變低。復旦課題組從“膜科學”要求孔洞多而均勻的原理，反其道而行之，化解了原絲致密性問題。
在原絲碳化階段，理論數據直接用在工藝設備上，出現斷絲率偏高現象，而上海石化通過以往經驗調試，修正了理論與現實存在的偏差。