引  子

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。”蔚縣新源玄武巖礦業(yè)有限公司負責(zé)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(yīng)用是最出名的一次。”吉林通鑫玄武巖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。”中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院原地質(zhì)研究所所長劉嘉麒說。

新材料產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是高技術(shù)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)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(wù)指導(dǎo)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(yīng)用示范指導(dǎo)目錄(2024年版)》，玄武巖纖維布被列為關(guān)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(shù)、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(yīng)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(qū)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。”劉嘉麒說。

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(shù)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(zhì)化是個難題。“即便在同一礦區(qū)，相隔幾十米，礦石所含化學(xué)元素的量也可能不同。”劉嘉麒說，只有化學(xué)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(shù)攻關(guān)，努力提升原料的均質(zhì)化水平。碎石分選機便是成果之一。

既研發(fā)設(shè)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(dǎo)致礦石無法拉絲。”朱兆春說。

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(zhì)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(yīng)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(guān)，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(yīng)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(shù)難題。中國化學(xué)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(shù)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(xùn)”。

嫦娥六號月面國旗由武漢紡織大學(xué)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(fù)合材料，相關(guān)技術(shù)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(fù)交替等考驗，玄武巖纖維的使用，是提升國旗材質(zhì)性能的關(guān)鍵。同時，使用與月壤化學(xué)成分相近的玄武巖，也是月球資源原位利用的一種探索。”嫦娥六號月面國旗研制團隊成員、武漢紡織大學(xué)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(xué)的月面國旗研制團隊與匯爾杰公司展開合作。彼時，業(yè)內(nèi)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(shè)計。”匯爾杰公司技術(shù)總監(jiān)郭清介紹。

研發(fā)關(guān)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(shù)細節(jié)討論到深夜……這樣的日子持續(xù)了一年多。

漏板內(nèi)腔結(jié)構(gòu)是企業(yè)的核心技術(shù)，月面國旗研制團隊提出改進設(shè)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(shù)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(dāng)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(yīng)用不斷涌現(xiàn)。”郭清說。

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(yīng)用場景不斷拓展

摸起來，質(zhì)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(guān)。

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(gòu)筑高牢度的顏色。

裕大華公司與武漢紡織大學(xué)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(guān)鍵技術(shù)。

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(shù)尋找產(chǎn)業(yè)落地的“土壤”，希望引導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(shè)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(fù)合紗將撬動行業(yè)大市場，李玉蓮迫不及待。“要快!”這幾乎成了她的口頭禪。

經(jīng)過一系列創(chuàng)新設(shè)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(shù)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(guān)注。”曹根陽說。

無垠太空，航天器增強部件適應(yīng)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(fēng);大漠戈壁，風(fēng)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(fù)合筋、電纜保護層步入日常生活……玄武巖纖維的應(yīng)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(lǐng)域競爭，導(dǎo)致應(yīng)用場景同質(zhì)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(fù)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(zé)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(yù)計到年底產(chǎn)值將突破5000萬元。

將玄武巖纖維應(yīng)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(guān)注的賽道。通過校企合作等方式，用玄武巖纖維復(fù)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。“僅研發(fā)汽車板簧，前后就投入近億元。”秦廣玲說。

值嗎?“值!”秦廣玲回答干脆：國內(nèi)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(zhì)產(chǎn)品，帶動企業(yè)發(fā)展提質(zhì)。

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(nèi)率先將玄武巖纖維規(guī)模化引入汽車產(chǎn)業(yè)。這款車的部分內(nèi)飾部件采用了玄武巖纖維復(fù)合材料，正是由通鑫公司等企業(yè)與一汽聯(lián)合攻關(guān)實現(xiàn)的。新材料的應(yīng)用，讓部件在保持原有性能基礎(chǔ)上減重20%以上，還有低氣味的優(yōu)點。

“據(jù)業(yè)內(nèi)專家估算，預(yù)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。”秦廣玲說。

技術(shù)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(dǎo)性文件。目前，四川已初步形成從原絲、復(fù)合材料到應(yīng)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(fù)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(zhuǎn)，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(zhì)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(jié)8年的池窯拉絲技術(shù)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(guān)玄武巖纖維池窯拉絲技術(shù)。

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(shù)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(shù)攻關(guān)，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(shù)學(xué)院、廣安市科技局和帕沃可集團組成理事會，負責(zé)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(dǎo)的產(chǎn)學(xué)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(guān)鍵技術(shù)和裝備系統(tǒng)等48個科研項目進行攻關(guān)。”四川玄武巖纖維新材料研究院(創(chuàng)新中心)副院長楊中甲說，研究院與北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、中國科學(xué)院結(jié)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(guān)系。

2021年7月，廈門富堡復(fù)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(fù)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(dāng)?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(nèi)，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(yù)浸料，一經(jīng)推出便受到海內(nèi)外市場歡迎。

“我們幫助企業(yè)研發(fā)預(yù)浸料，不僅讓車架有了更高性能，成本還節(jié)約了20%。現(xiàn)在，研究院和企業(yè)正對預(yù)浸料進行迭代升級。”達州市玄武巖纖維產(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。“研究院的14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(shù)難題。”衡耀公司技術(shù)負責(zé)人李君志說。

2023年，達州與四川省科學(xué)技術(shù)廳共建玄武巖纖維及復(fù)合材料四川省重點實驗室，進一步強化科研服務(wù)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(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項目;對重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，按投資額的20%予以支持;首次獲得高新技術(shù)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(quán)專利數(shù)逾1萬件，我國3800余件，占比37%。

創(chuàng)新攻關(guān)，沒有止境。位于上海的東華大學(xué)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(xué)成分相似，借鑒玄武巖纖維的制備技術(shù)，利用月壤拉制的纖維，有望成為未來月球基地的建設(shè)材料，滿足原位取材需求。”中國科學(xué)院院士、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長朱美芳說。

那將是關(guān)于玄武巖纖維的又一個瑰麗夢想。

《 人民日報 》( 2024年08月30日 13 版)