上海石化火炬攻關(guān)團隊破解碳纖維火炬外殼在1000攝氏度高溫制備過程中的難題，成功制作火炬“飛揚”。其重量較傳統(tǒng)鋁合金外殼輕20%，具備“輕、固、美”的特點。 張 挺 攝

 

▲2022年1月，上海石化火炬攻關(guān)團隊在北京為火炬“飛揚”安裝氫氣罐。張 挺 攝

 

?上海石化碳纖維生產(chǎn)線。 李英豪 攝

胡擁軍

2024年巴黎奧運會即將開幕，運動員蓄勢待發(fā)，體育愛好者滿懷期待。值此之際，不禁回想起2022年北京冬奧會和冬殘奧會。作為2022年北京冬奧會和冬殘奧會官方合作伙伴，中國石化積極履行職責(zé)使命，投身各項籌備工作，在場館建設(shè)、能源供應(yīng)、物資保障、志愿服務(wù)等方面傾力奉獻。其中，上海石化牽頭進行冬奧火炬研發(fā)攻關(guān)和量產(chǎn)工作，實現(xiàn)全球首次以碳纖維復(fù)合材料制作奧運火炬外殼，助力綠色奧運。

緣 起 堅決履行央企責(zé)任擔(dān)當(dāng)，讓“黑黃金”碳纖維變身冬奧火炬

2018年，上海石化迎來了一個訪問團，其中包括一些體育界人士。上海石化副總經(jīng)理黃翔宇在介紹中國石化碳纖維技術(shù)時驕傲地說：“碳纖維的質(zhì)量只有鋼的四分之一，但強度是鋼的7至9倍。我們的碳纖維不僅能做奧運會火炬，而且更輕、更堅固。”

就是這么一句不經(jīng)意的話，開啟了上海石化和冬奧火炬的緣分。

2020年4月，北京冬奧組委面向全社會公開征集火炬外觀設(shè)計方案。他們第一時間想到了上海石化的碳纖維技術(shù)，開始尋求合作的可能性。

時間緊、任務(wù)重、要求高，行還是不行？

“不僅行，而且一定要干好！”上海石化堅決履行央企責(zé)任擔(dān)當(dāng)，憑借多年來深耕碳纖維領(lǐng)域掌握的先進技術(shù)，主動承擔(dān)起冬奧火炬外殼研制的任務(wù)。

“集團公司黨組高度重視，多次作出指示，一定要造出一把富有高科技含量的冬奧火炬，展現(xiàn)中國石化的科技創(chuàng)新實力，展示中國石化講政治、顧大局、負(fù)責(zé)任的企業(yè)形象。”黃翔宇回憶，“我們整個團隊備受鼓舞，斗志滿滿！”

上海石化第一時間成立火炬攻關(guān)團隊，并全程牽頭組織相關(guān)合作團隊開展火炬外殼用碳纖維的研發(fā)工作，明確任務(wù)書、時間表、責(zé)任人，確保高質(zhì)量完成這一光榮任務(wù)。

“當(dāng)時火炬設(shè)計方案還沒出來，為了搶工期，我們提前演練，參照2008年北京奧運會的火炬樣式，制作了好幾把火炬。實踐證明，碳纖維火炬除了能夠還原樣式，還做到了更輕更堅固，大家都覺得這事兒成了！”上海石化先進材料創(chuàng)新研究院總經(jīng)理林生兵介紹。

2020年9月22日，經(jīng)北京冬奧組委主席辦公會研究決定，名為“飛揚”的作品，成為北京冬奧會和冬殘奧會的火炬設(shè)計方案。為更好地貫徹綠色奧運理念，冬奧火炬將創(chuàng)新使用氫能和碳纖維技術(shù)。2020年9月23日，北京冬奧組委召開會議，前來參會的不僅有設(shè)計方，還有上海石化碳纖維材料方面的專家和航天科技?xì)淠苋紵矫娴膶＜摇?/span>

萬事俱備，各方就位，火炬“飛揚”呼之欲出。

攻 關(guān) 打響協(xié)同創(chuàng)新攻堅戰(zhàn)，用“黑科技”讓冬奧火炬“輕、固、美”

由于前期試驗成功，上海石化火炬攻關(guān)團隊信心滿滿。然而，現(xiàn)實卻給他們潑了一盆冷水。

“2020年10月，當(dāng)拿到設(shè)計團隊3D打印出來的火炬樣品時，我們?nèi)忌笛哿恕?rdquo;上海石化先進材料創(chuàng)新研究院研究開發(fā)部研究二室主任沈海娟說。

設(shè)計師手中的“飛揚”，形狀飄逸，分為內(nèi)飄帶和外飄帶，需要將二者完美地卡在一起。如何使碳纖維的火炬外殼既能接受形狀不規(guī)則的挑戰(zhàn)，又能經(jīng)受耐火抗高溫的考驗？“飛揚”雖然比2008年北京奧運會的火炬大，但體型仍算小巧。在儲氫罐、燃燒器狹小的空間內(nèi)，如何既確保氫氣燃燒系統(tǒng)呈現(xiàn)出飽滿耀眼的火焰狀態(tài)，又確保氫氣能夠燃燒足夠的時間？

困難挑戰(zhàn)接踵而至，火炬攻關(guān)團隊兵分兩路進行攻關(guān)。一路，牽頭組織東華大學(xué)、云路復(fù)材公司三維編織團隊，負(fù)責(zé)火炬外殼三維編織技術(shù)研發(fā)及生產(chǎn)，進行鐳雕噴涂上色、組裝，最大程度還原火炬靈動的外形；與中核集團核八所、庫貝化學(xué)公司合作，研發(fā)碳纖維復(fù)合材料，以滿足火炬耐高溫、耐火燒的需求。另一路，與航天科技集團、航天科工集團合作，分別研發(fā)氫氣火炬、丙烷火炬的內(nèi)飄帶和燃燒系統(tǒng)。

一場協(xié)同創(chuàng)新的攻堅戰(zhàn)圍繞“飛揚”全面展開。在火炬外殼研制的3個月內(nèi)，火炬攻關(guān)團隊逐一攻克多項技術(shù)難題，形成了從碳纖維生產(chǎn)、復(fù)合材料制備到產(chǎn)品終端應(yīng)用的一站式解決方案。

用碳纖維做火炬又輕又堅固，而且與以往用鋁合金做的火炬相比，還可以保證火炬在冬季低溫下傳遞時有更好的手感。然而，碳纖維本身并不耐高溫，更不耐火燒，這是主要的難題之一。為了解決該問題，上海石化與中核集團核八所攜手攻關(guān)，引入高性能樹脂，與碳纖維一起做成碳纖維復(fù)合材料，并通過工藝調(diào)整，將火炬的上半段燃燒端在1000攝氏度以上高溫中進行特殊處理，有效解決了在高溫制備過程中火炬外殼起泡、開裂等難題。

以碳纖維復(fù)合材料制作奧運火炬外殼，不僅是世界首創(chuàng)，而且創(chuàng)新實現(xiàn)了火炬外殼重量較鋁合金外殼輕20%，呈現(xiàn)出“輕、固、美”的特點。

經(jīng)專家鑒定和實踐檢驗，碳纖維氫能火炬安全可靠性高，可抗10級大風(fēng)和暴雨，能在極寒天氣中使用。在解決復(fù)雜難題的同時，兼顧了輕量化、小型化、外形匹配等要求。

“飛揚”火炬正式發(fā)布后，兼具中華民族傳統(tǒng)特色和現(xiàn)代科技含量的冬奧火炬得到了較高評價。

量 產(chǎn) 承擔(dān)手持火炬量產(chǎn)項目，確保冬奧火炬“翻山過海”順利傳遞

歷經(jīng)“九九八十一難”，火炬攻關(guān)團隊交出了完美答卷。還來不及慶祝，新的任務(wù)已到達：2021年3月，北京冬奧組委提出，中國石化以北京冬奧會和冬殘奧會官方合作伙伴的身份，承擔(dān)手持火炬量產(chǎn)項目。

為此，上海石化成立量產(chǎn)項目組，設(shè)立綜合協(xié)調(diào)、商務(wù)運作、生產(chǎn)督造三個工作組，全力推進火炬量產(chǎn)工作。

“作為科研團隊，一開始我們以為只需要負(fù)責(zé)火炬外殼的工藝研究和制作，當(dāng)?shù)弥薪恿慨a(chǎn)任務(wù)時，壓力非常大。”上海石化總經(jīng)理管澤民說，“從制作一把火炬外殼到制作成千上萬把全形態(tài)火炬，其中的困難不亞于火炬外殼的研發(fā)。”

經(jīng)企業(yè)現(xiàn)場考察和樣品測試驗證，他們最終確定了冬奧火炬各部件的加工企業(yè)。一個集火炬外殼、內(nèi)飄帶、燃燒系統(tǒng)、火種燈、終端檢測到交付產(chǎn)品于一體的總流程，在上海、北京、江蘇、廣東、河北五地迅速建立并快速運轉(zhuǎn)起來。

仔細(xì)觀察“飛揚”，會發(fā)現(xiàn)它與2008年北京奧運會開幕式主火炬塔形態(tài)相呼應(yīng)，以祥云紋樣打底，自下而上從祥云紋逐漸過渡到象征冬奧會的雪花圖案，最后在頂端化身為飛揚的火焰。如此精美的火炬，不僅僅是工藝品，更是藝術(shù)品。

藝術(shù)品的量產(chǎn)，會遭遇效率、質(zhì)量、成本等重重挑戰(zhàn)，首當(dāng)其沖的是效率問題。為保質(zhì)保量及時完成量產(chǎn)任務(wù)，上海石化堅持邊對接、邊完善、邊驗收、邊量產(chǎn)的工作方案，制訂量產(chǎn)實施計劃，從火炬內(nèi)外飄帶各部件的外形，到氫氣瓶樣件、控氫閥、燃燒效果，再到火種燈外觀、操作便捷性等，逐一進行優(yōu)化。

2021年9月中旬，用于冬奧火種采集的丙烷火炬量產(chǎn)樣品順利通過北京冬奧組委組織的兩次現(xiàn)場檢測和第三方驗證驗收。2021年9月22日，上海石化向北京冬奧組委正式交付115支丙烷火炬及火種燈、引火棒等部分周邊產(chǎn)品，順利完成北京冬奧組委交付的首批量產(chǎn)任務(wù)。按計劃，還有1200支火炬將在2022年1月中旬前運抵北京。

2021年10月18日，北京冬奧會火種在奧林匹克運動發(fā)祥地——希臘伯羅奔尼撒半島的古奧林匹亞遺址成功采集。在火種采集隊伍中有兩名上海石化員工，他們主要負(fù)責(zé)為希臘雅典火種采集和北京火種歡迎儀式保駕護航。

“作為一名石化人，我非常清楚這一把火炬承載了多少使命與榮光，很高興能圓滿完成火種采集和歡迎任務(wù)。”上海石化技能大師富小青說，“火種采集前一晚，為保證‘翻山過海’的火炬第二天順利傳遞，我們徹夜未眠，每小時檢查一次燃燒裝置，確保萬無一失。”