冬奧火炬里的“黑科技”：“飛揚(yáng)”披上碳纖維“外衣”
2022.01.052021年2月4日，在北京冬奧會(huì)倒計(jì)時(shí)一周年活動(dòng)上，奧運(yùn)火炬“飛揚(yáng)”揭開面紗?！帮w揚(yáng)”不僅外形極具動(dòng)感和活力，它的外殼也蘊(yùn)含著“黑科技”。“飛揚(yáng)”的外殼不僅要耐火抗高溫，還要能在極寒天氣中使用。如何承受這“冰與火”的雙重考驗(yàn)，奧秘就藏在一種新型材料里。
元旦假期，上海石化廠區(qū)的工作人員正忙著組裝北京冬奧會(huì)火炬“飛揚(yáng)”。按計(jì)劃，1200支火炬必須在1月中旬前運(yùn)往北京。
由于北京即將成為奧運(yùn)歷史上首座“雙奧之城”，因此“飛揚(yáng)”的外觀與北京2008年奧運(yùn)會(huì)開幕式主火炬塔形態(tài)相呼應(yīng)。它以祥云紋樣“打底”，自下而上，從祥云紋逐漸過渡到雪花圖案，最后在頂端化身為飛揚(yáng)的火焰。
中國(guó)石化上海石化公司副總經(jīng)理 黃翔宇：你看這把火炬，這個(gè)地方看上去就像飄帶一樣，我們研制的外殼，這里面就是點(diǎn)火系統(tǒng)，你現(xiàn)在看不見，全部包在里面。手感也不錯(cuò)，這個(gè)殼是非常非常輕的。
北京2008年奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”采用的是鋁合金材料，為了契合“綠色辦奧”理念，體現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)與科技創(chuàng)新的完美融合，這次研發(fā)團(tuán)隊(duì)將目光投向了“碳纖維”。
中國(guó)石化上海石化創(chuàng)新研究院總經(jīng)理 林生兵：它（碳纖維）的質(zhì)量只有鋼的1/4左右，但是強(qiáng)度是鋼的7~9倍。
1860年，英國(guó)人在制作電燈燈絲時(shí)發(fā)明了碳纖維，它的力學(xué)性能十分優(yōu)異，到了現(xiàn)代更被譽(yù)為“黑黃金”、21世紀(jì)“新材料之王”。這次，研發(fā)團(tuán)隊(duì)用碳纖維與樹脂形成的復(fù)合材料來做奧運(yùn)火炬，堪稱世界首創(chuàng)。
中國(guó)石化上海石化公司副總經(jīng)理 黃翔宇：冬奧組委給它的第一個(gè)評(píng)價(jià)就是輕，而且很牢固，隨便怎么摔也摔不壞。另外一個(gè)就是，冬季火炬?zhèn)鬟f的時(shí)候天氣很冷，傳統(tǒng)金屬材料的話手感不太好，復(fù)合材料可以解決這個(gè)問題，避免這種很冰涼的感覺。
由于北京冬奧會(huì)火炬接力將在低溫環(huán)境中進(jìn)行，“飛揚(yáng)”采用氫做燃料，不僅環(huán)保，還因?yàn)闅淙剂系奶匦员ＷC了火炬能在極寒天氣中使用。
但氫氣作燃料，燃燒溫度就會(huì)高于800℃。因此，“飛揚(yáng)”火炬外殼的研制，就花了整整三個(gè)月時(shí)間，逐一攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題。
中國(guó)石化上海石化公司副總經(jīng)理 黃翔宇：火炬的火是從里面燒出來的，一般的復(fù)合材料都不能在火里燒，要到500℃在火里面再一燒就沒了。正好上海有一家小企業(yè)研發(fā)了一種樹脂，這個(gè)樹脂是耐火的，拿過來我們進(jìn)行測(cè)試分析。最后通過工藝調(diào)整，它達(dá)到了既能夠耐溫又能夠耐火的要求，800℃、900℃都可以。
生產(chǎn)車間里，由石油產(chǎn)品加工成的這一條條黑色絲束，每一束都包含著12000根碳纖維絲。再經(jīng)過三維立體編織，最終織成的火炬外殼，看不出任何接縫與孔隙，整個(gè)造型渾然一體。
中國(guó)石化上海石化創(chuàng)新研究院總經(jīng)理 林生兵：有點(diǎn)像我們織毛衣一樣，只不過它是分了三個(gè)不同的經(jīng)向來進(jìn)行編織，下一步就是我們拿到下游廠家進(jìn)行鐳雕、上色、噴高溫漆，最后才有這樣一個(gè)亮麗的火炬外殼。
在材料科技領(lǐng)域，碳纖維的應(yīng)用前景無限廣闊，但卻有著森嚴(yán)的技術(shù)壁壘。此前，只被日本、美國(guó)等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家掌握，但經(jīng)過長(zhǎng)期研發(fā)攻關(guān)，上海石化成為國(guó)內(nèi)首家、全球第四家掌握碳纖維大絲束產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的企業(yè)。
中國(guó)石化上海石化公司副總經(jīng)理 黃翔宇：大飛機(jī)將來都要用碳纖維復(fù)合材料了，光伏的熱場(chǎng)材料、海上風(fēng)電的風(fēng)電葉片也是用碳纖維做的。如果以后車輛都是用清潔能源，它需要輕量化，車子的外殼都是用碳纖維來做，我們中國(guó)現(xiàn)在碳纖維和碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非?？?，將來我們還在研究火炬之后，這個(gè)材料可以用在其他更有用的地方。