新材料“織”成嫦娥六號月面國旗，記者探訪“中國紅”背后的新產(chǎn)業(yè)

　　玄武巖，變身新纖維開辟新賽道

　　6月4日，嫦娥六號著陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開。這是中國首次在月球背面獨立動態(tài)展示國旗。這面國旗只有11.3克，重量不及兩枚1元硬幣，卻是用一種石頭——玄武巖制成。

　　這條來自38萬公里外的消息，讓兩個玄武巖纖維行業(yè)的參與者興奮不已：

　　“制造國旗用的玄武巖出自河北蔚縣，就是咱公司生產(chǎn)的石頭?！蔽悼h新源玄武巖礦業(yè)有限公司負責人朱兆春難掩自豪；

　　“玄武巖制品研發(fā)生產(chǎn)多年，但一直鮮為人知，這次應用是最出名的一次?！奔滞涡鋷r科技股份有限公司副總經(jīng)理秦廣玲倍感振奮。

　　嫦娥六號月面國旗所用絲線是一種新型高性能材料，名叫玄武巖纖維。它是天然玄武巖石塊粉碎后，經(jīng)高溫熔融再拉絲形成的纖維，直徑僅為頭發(fā)絲的1/3。

　　“玄武巖纖維具有重量輕、強度高、耐腐蝕、綠色低碳等特性，還能耐受零下269攝氏度至零上700攝氏度的溫度，更顯出它的獨特價值?！敝袊茖W院院士、中國科學院原地質研究所所長劉嘉麒說。

　　新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎性產(chǎn)業(yè)，也是高技術競爭的關鍵領域。2013年2月，國家發(fā)展改革委發(fā)布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務指導目錄》，將連續(xù)玄武巖纖維列入重點發(fā)展的高性能纖維材料。2023年12月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《重點新材料首批次應用示范指導目錄（2024年版）》，玄武巖纖維布被列為關鍵戰(zhàn)略材料。

　　黨的二十屆三中全會《決定》提出，完善推動新一代信息技術、人工智能、航空航天、新能源、新材料、高端裝備、生物醫(yī)藥、量子科技等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和治理體系。

　　石頭如何拉成絲？作為新材料的玄武巖纖維，怎樣拓展應用場景，開辟產(chǎn)業(yè)發(fā)展新賽道？近日，記者在河北、湖北、四川等地探訪。 

　　　點石成“絲”

　　粉碎、熔融、拉絲……玄武巖變身最細5微米、輕盈強韌的高性能纖維

　　驅車行至河北蔚縣陳家洼鄉(xiāng)大岳家山，舉目望去，約一人高的柱狀巖塊層層疊疊，被日光燙上金邊，好似大山披了身鱗甲。

　　“這便是玄武巖的本來面目，在我國儲量豐富?！眲⒓西枵f。

　　循著機器聲，走進蔚縣新源玄武巖礦業(yè)有限公司廠房。在這里，原礦經(jīng)過3道破碎工序后，進入三層樓高的碎石分選機，采用磁選、比重選等方式，選出合格石料，裝袋封箱。

　　指著碎石分選機，朱兆春頗有幾分得意：這是我們自主研發(fā)的特種裝備，通過技術改造，已獲得4個實用新型專利。

　　玄武巖礦床差異性大，要制成纖維，原料均質化是個難題?！凹幢阍谕坏V區(qū)，相隔幾十米，礦石所含化學元素的量也可能不同?！眲⒓西枵f，只有化學成分合適的玄武巖原料才能制出纖維。

　　10多年來，朱兆春專注于這項技術攻關，努力提升原料的均質化水平。碎石分選機便是成果之一。

　　既研發(fā)設備，也嚴格檢測。新源公司對出廠礦石的氧化鈣、氧化鎂含量等20多項指標進行全面檢測。“有一項指標不合要求，都可能導致礦石無法拉絲?！敝煺状赫f。

　　嫦娥六號月面國旗所使用的玄武巖石料，就產(chǎn)自新源公司。新源公司年加工約10萬噸玄武巖石料，能用于制造玄武巖纖維的僅占1/10。這些石料的平均價格為每噸600元，是鋪路石料價格的3倍。

　　劉嘉麒坦言，受均質化要求等影響，目前能為下游玄武巖纖維制造企業(yè)穩(wěn)定供應石料的廠家并不多。一些科研院所正對玄武巖纖維成纖機理及原料配方持續(xù)攻關，未來有望根據(jù)下游企業(yè)對產(chǎn)品耐腐蝕性、耐高低溫等不同性能需求，讓更多品類的玄武巖石料得到應用。

　　 石頭如何變成絲？

　　從蔚縣南下1000多公里，記者來到位于湖北襄陽的匯爾杰新材料科技股份有限公司，嫦娥六號月面國旗所用的玄武巖纖維，就誕生于此。

　　步入廠房，熱氣襲人。熔窯里，在1450攝氏度至1500攝氏度的高溫下，玄武巖石料化為熔巖。隨后，熔巖通過鉑銠合金漏板，在拉絲機的高速牽引下，形成數(shù)百條金褐色的絲線，傾瀉而下，纏繞成股。

　　溫度控制是玄武巖拉絲工藝的一項技術難題。中國化學纖維工業(yè)協(xié)會玄武巖纖維分會會長張道林說，就像做“拔絲紅薯”，熬糖漿要掌握好溫度，煮得過稀或過稠都無法“拔絲”，玄武巖纖維的拉絲過程亦是如此。

　　經(jīng)過長期的技術積累，匯爾杰公司生產(chǎn)的玄武巖纖維直徑僅5微米，每根纖維長度則可達萬米。

　　5微米，是航天事業(yè)對匯爾杰公司的一次“特訓”。

　　嫦娥六號月面國旗由武漢紡織大學聯(lián)合匯爾杰公司等企業(yè)和單位共同研制。此前，嫦娥五號月面國旗采用芳綸為主的新型復合材料，相關技術已較為成熟，為何嫦娥六號還要另辟蹊徑？

　　“嫦娥六號在奔月、繞月及落月過程中，要經(jīng)歷高低溫反復交替等考驗，玄武巖纖維的使用，是提升國旗材質性能的關鍵。同時，使用與月壤化學成分相近的玄武巖，也是月球資源原位利用的一種探索?！辨隙鹆栐旅鎳煅兄茍F隊成員、武漢紡織大學教授曹根陽說，月面國旗既要薄而軟，又要強而韌，這需要更細的玄武巖纖維。

　　2020年，武漢紡織大學的月面國旗研制團隊與匯爾杰公司展開合作。彼時，業(yè)內能穩(wěn)定拉出玄武巖纖維的直徑普遍在10微米以上。

　　“拉出更細的絲，漏板孔直徑和孔數(shù)、窯體大小、控制溫度等都要重新設計。”匯爾杰公司技術總監(jiān)郭清介紹。

　　研發(fā)關鍵時期，團隊科研人員將實驗室搬進了廠房，吃住都在企業(yè)，常常為一個技術細節(jié)討論到深夜……這樣的日子持續(xù)了一年多。

　　漏板內腔結構是企業(yè)的核心技術，月面國旗研制團隊提出改進設計的意向，一時讓企業(yè)工作人員犯了難。

　　上報公司管理層，管理層立即拍板：“所有技術細節(jié)向團隊公開，只要能織出上月球的五星紅旗！”

　　“展開了！展開了！”電視屏幕上，當嫦娥六號月面國旗展開畫面出現(xiàn)的一刻，見證了科研人員多少個辛勞日夜的會議室里，響起了熱烈掌聲。

　　科技創(chuàng)新塑造發(fā)展優(yōu)勢。匯爾杰公司有了更高端的產(chǎn)品——普通玄武巖纖維每噸1.5萬元，而5微米玄武巖纖維新產(chǎn)品，每噸售價達到六七萬元。

　　“更細、更輕的絲，不僅能賣出高價，更將撬動新產(chǎn)品、新應用不斷涌現(xiàn)?！惫逭f。

　　產(chǎn)業(yè)向“新”

　　管道強度提升50倍、汽車部件重量減輕20%……玄武巖纖維應用場景不斷拓展

　　摸起來，質感像純棉牛仔褲；點火燒，火舌“舔”了一下便快速熄滅。這款阻燃抗高溫玄武巖纖維面料，是武漢裕大華紡織服裝集團有限公司研發(fā)的新產(chǎn)品。

　　面料問世，源自校企聯(lián)合攻關。

　　玄武巖纖維具有優(yōu)異的隔熱抗輻射性能，能夠抵御月表惡劣環(huán)境。但它屬于無機纖維，表面光滑、脆性易碎，難以紡制超細絲、紡紗、織造，以及構筑高牢度的顏色。

　　裕大華公司與武漢紡織大學合作，研究玄武巖纖維如何與粘膠纖維等相融合，突破了玄武巖細紗生產(chǎn)的多項關鍵技術。

　　2023年10月，嫦娥六號月面國旗的樣件交付后，科研團隊開始為項目技術尋找產(chǎn)業(yè)落地的“土壤”，希望引導高性能纖維產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展。

　　過去，玄武巖碎石被廣泛用作鋪路石。近年來，玄武巖纖維已在路面增強、建筑結構加固等方面大展身手。但作為一種高性能纖維，它在產(chǎn)業(yè)應用上的潛力尚未完全發(fā)揮出來。

　　堅硬的玄武巖石頭能變成柔軟的紡織原料，不少服裝企業(yè)從中嗅出商機。

　　今年3月，裕大華公司生產(chǎn)的一方1.5平方米樣布，擺在了武漢子和誠服飾有限公司會議室里。子和誠公司董事長李玉蓮拿起樣布，對10余名設計師發(fā)問：“這塊布，能做什么？”

　　消防服、飛行服、電力工裝……點子一個接一個。

　　深耕職業(yè)裝行業(yè)20年，意識到玄武巖復合紗將撬動行業(yè)大市場，李玉蓮迫不及待?！耙?！”這幾乎成了她的口頭禪。

　　經(jīng)過一系列創(chuàng)新設計，以玄武巖纖維為主要材料，子和誠公司生產(chǎn)的近十款箱包和服裝產(chǎn)品已經(jīng)定型，準備推向市場。

　　超細玄武巖纖維拉絲、紡織和著色等技術的突破，為玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來更多想象空間。

　　“不只紡織、服裝企業(yè)，汽車、航空、醫(yī)療等行業(yè)也在跟進關注。”曹根陽說。

　　無垠太空，航天器增強部件適應輻射、高低溫等環(huán)境；蔚藍海面，生態(tài)養(yǎng)殖蠔排助農(nóng)增收，海洋網(wǎng)箱可抗12級臺風；大漠戈壁，風力發(fā)電機葉片、光伏支架使用時間長、更耐用；城市鄉(xiāng)村，建筑復合筋、電纜保護層步入日常生活……玄武巖纖維的應用場景不斷拓展。

　　盡管玄武巖纖維產(chǎn)品種類繁多，但多而不強，不少企業(yè)仍扎堆在建筑和交通運輸領域競爭，導致應用場景同質化，附加值不高。有些企業(yè)則力爭突圍，用新產(chǎn)品塑造新優(yōu)勢。

　　一款玄武巖纖維復合材料管道，重量比塑料管道輕一半，強度提升了50倍，使用期限超過50年，成本還能壓縮30%以上。這是源單新材料科技（廣安）有限責任公司研發(fā)的新產(chǎn)品。公司總經(jīng)理張雪峰介紹，依靠玄武巖纖維材料的韌性特點，連接管最高還能承受15度位移，大大降低了后期維修成本。產(chǎn)品從今年5月試生產(chǎn)，預計到年底產(chǎn)值將突破5000萬元。

　　將玄武巖纖維應用于汽車產(chǎn)業(yè)，則是吉林通鑫玄武巖科技有限公司一直關注的賽道。通過校企合作等方式，用玄武巖纖維復合材料，通鑫公司成功研制出汽車板簧等產(chǎn)品。

　　研發(fā)不容易?！皟H研發(fā)汽車板簧，前后就投入近億元?！鼻貜V玲說。

　　值嗎？“值！”秦廣玲回答干脆：國內超大規(guī)模市場消費需求旺盛、層次多樣，雖然前期投資巨大，但能為廣闊市場供給優(yōu)質產(chǎn)品，帶動企業(yè)發(fā)展提質。

　　最近，不少企業(yè)奔著通鑫公司的研發(fā)產(chǎn)品而來，提出合作意向。

　　今年4月，中國第一汽車集團有限公司發(fā)布一款新車型，在國內率先將玄武巖纖維規(guī)?；肫嚠a(chǎn)業(yè)。這款車的部分內飾部件采用了玄武巖纖維復合材料，正是由通鑫公司等企業(yè)與一汽聯(lián)合攻關實現(xiàn)的。新材料的應用，讓部件在保持原有性能基礎上減重20%以上，還有低氣味的優(yōu)點。

　　“據(jù)業(yè)內專家估算，預計到2030年，汽車行業(yè)玄武巖纖維用量可達32萬噸，產(chǎn)值達84億元，能支撐下游零部件市場容量470億元以上?！鼻貜V玲說。

　　　技術攀“高”

　　科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合，我國玄武巖纖維專利申請量、產(chǎn)量在全球占比均超六成

　　玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在我國起步不算早：本世紀初，我國建成第一座單體爐紡絲裝置，之后開始走向產(chǎn)業(yè)化，比國外晚了約20年。

　　如今，我國已成為玄武巖纖維產(chǎn)量最大的國家。張道林介紹，2023年，我國玄武巖纖維產(chǎn)量約3萬噸，占世界產(chǎn)量的75%左右，出口量達9000噸，自2016年起，出口量連年居世界前列。

　　這背后，是各地推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合的積極實踐。

　　做大做強玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)，四川率先出臺產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，印發(fā)支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的系列指導性文件。目前，四川已初步形成從原絲、復合材料到應用產(chǎn)品的玄武巖纖維全產(chǎn)業(yè)鏈。

　　達州市和廣安華鎣市，兩個地處山區(qū)的資源型城市，都把發(fā)展玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)作為向“新”求變、蓄力未來的重要賽道。

　　走進位于華鎣市的四川謙宜復合材料有限公司，智能化池窯拉絲生產(chǎn)線有條不紊地運轉，可年產(chǎn)3500噸玄武巖纖維。相較于傳統(tǒng)的坩堝法拉絲或組合爐拉絲，池窯拉絲的質量更加穩(wěn)定。

　　四川帕沃可礦物纖維制品集團有限公司是謙宜公司的母公司，集團董事長劉毅烽用一個“熬”字，來總結8年的池窯拉絲技術探索經(jīng)歷。

　　2016年，帕沃可集團生產(chǎn)的玄武巖棉產(chǎn)品銷量大漲，營收可觀。一直看好玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景，劉毅烽投入大筆費用研發(fā)攻關玄武巖纖維池窯拉絲技術。

　　初次點火試驗，一上午就燒掉4塊鉑銠合金漏板，直接損失50多萬元。技術人員問：“還上新板嗎？”劉毅烽苦笑：“這就像鉆火洞，咱們腦袋都進去了，就別珍惜倆耳朵了！”

　　行業(yè)共性技術攻關，靠企業(yè)單打獨斗難度大。探索的路上，劉毅烽并不孤單。

　　2020年2月，廣安市成立四川玄武巖纖維新材料研究院（創(chuàng)新中心），由廣安職業(yè)技術學院、廣安市科技局和帕沃可集團組成理事會，負責確定行業(yè)發(fā)展主攻方向、決策科研立項等。

　　強化企業(yè)科技創(chuàng)新主體地位，推動企業(yè)主導的產(chǎn)學研融合創(chuàng)新。

　　配合池窯拉絲生產(chǎn)，怎樣配比原料，實現(xiàn)纖維高模量？這是帕沃可集團提出的一個行業(yè)共性難題。歷時1年多研發(fā)，一款原料配方目前正進行中試。據(jù)此配方制作的玄武巖纖維，1平方厘米可承受1萬公斤以上的重量。

　　“我們正對共性關鍵技術和裝備系統(tǒng)等48個科研項目進行攻關?！彼拇ㄐ鋷r纖維新材料研究院（創(chuàng)新中心）副院長楊中甲說，研究院與北京大學、清華大學、北京理工大學、北京航空航天大學、中國地質大學、中國科學院結成了科研戰(zhàn)略聯(lián)盟，并支持重點企業(yè)與16所高校建立戰(zhàn)略合作關系。

　　2021年7月，廈門富堡復合材料股份有限公司跨越近1700公里，來到達州，成立了四川衡耀復合材料科技有限公司——從了解到玄武巖纖維這一新材料，到?jīng)Q定在達州建廠，中間只隔了半年。

　　達州吸引他們的，不僅有當?shù)刎S富的玄武巖資源、完善的上游配套，更有堅實的智力支持。

　　倉庫內，一排排自行車車架整齊碼放。在廈門，富堡公司的主打產(chǎn)品是碳纖維自行車車架，而達州的這款新產(chǎn)品，加入了玄武巖纖維預浸料，一經(jīng)推出便受到海內外市場歡迎。

　　“我們幫助企業(yè)研發(fā)預浸料，不僅讓車架有了更高性能，成本還節(jié)約了20%?，F(xiàn)在，研究院和企業(yè)正對預浸料進行迭代升級?！边_州市玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)研究院高級工程師康蘇芳說。

　　企業(yè)出題，科研團隊破題?！把芯吭旱?4名科研人員我都見過，他們常來企業(yè)問需求，幫助解決技術難題。”衡耀公司技術負責人李君志說。

　　2023年，達州與四川省科學技術廳共建玄武巖纖維及復合材料四川省重點實驗室，進一步強化科研服務能力。

　　有智力支持，也有真金白銀。達州推出一系列政策，支持玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展：每年投入200萬元，支持實施基礎研究和應用基礎研究重大項目；對重大科技基礎設施項目，按投資額的20%予以支持；首次獲得高新技術企業(yè)認定的企業(yè)，給予50萬元一次性獎勵……截至目前，達州市23家玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)，共獲得各項支持資金3825萬元。

　　做強玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)，根本在創(chuàng)新。

　　據(jù)統(tǒng)計，截至2023年9月，全球玄武巖纖維專利數(shù)（含申請）1.3萬余件，我國8600余件，占比66%；全球玄武巖纖維授權專利數(shù)逾1萬件，我國3800余件，占比37%。

　　創(chuàng)新攻關，沒有止境。位于上海的東華大學地外纖維實驗室里，嫦娥五號帶回的月壤樣本，正在模擬月球無氧氣、微重力、低氣壓的環(huán)境中，進行纖維拉絲實驗。

　　“月壤與玄武巖的化學成分相似，借鑒玄武巖纖維的制備技術，利用月壤拉制的纖維，有望成為未來月球基地的建設材料，滿足原位取材需求?！敝袊茖W院院士、東華大學材料科學與工程學院院長朱美芳說。

　　那將是關于玄武巖纖維的又一個瑰麗夢想。

　　（記者 原韜雄 張騰揚 范昊天 游 儀）