2月2日至4日，北京冬奧火炬接力活動(dòng)將在北京、延慶、張家口三個(gè)賽區(qū)舉辦，屆時(shí)將有約1200名火炬手手持火炬參與傳遞。取名“飛揚(yáng)”的冬奧火炬，外形如絲帶飛揚(yáng)飄舞，外殼顏色呈銀紅漸變。

火炬“飛揚(yáng)”藏有哪些黑科技？近日，南都記者走近承擔(dān)冬奧火炬研發(fā)生產(chǎn)任務(wù)的中國石化上海石化火炬研發(fā)生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，揭開火炬量產(chǎn)的神秘面紗。研發(fā)團(tuán)隊(duì)告訴記者，“飛揚(yáng)”火炬是碳纖維氫能火炬，重量約為1.5千克。與以往的冬奧火炬相比，“飛揚(yáng)”火炬的材料和燃料都使用當(dāng)前最熱門的科技元素，充分體現(xiàn)科技冬奧和綠色辦奧理念。

新材料：使用碳纖維制作火炬外殼系世界首次

中國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、美國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌握，但經(jīng)過長期研發(fā)攻關(guān)，上海石化成為國內(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，我們中國現(xiàn)在碳纖維和碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常快，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。

新能源：采用氫氣燃料實(shí)現(xiàn)“零排放”

2008年北京奧運(yùn)會(huì)的火炬燃料是丙烷，13年后，2022年北京冬奧會(huì)的火炬燃料采用了當(dāng)下最熱門的新能源——?dú)錃狻Ｄ隙加浾邚难邪l(fā)團(tuán)隊(duì)了解到，氫氣取自于水，燃燒后又變成水，能夠?qū)崿F(xiàn)零碳排放。

雖然氫氣綠色環(huán)保，但把足量的氫氣儲(chǔ)存在手持火炬中，不是一件容易的事。

“氫氣瓶大家都能做，但是做這么小的氫氣瓶，還要堅(jiān)持較長時(shí)間，是有難度的。”黃翔宇介紹，氫氣密度非常低，由于手持火炬體型小，限制了氫氣瓶的體積，為儲(chǔ)存足量的氫氣，研發(fā)團(tuán)隊(duì)用42MPa的高壓將12克氫氣壓縮進(jìn)氫氣瓶，隨后將氫氣瓶放入火炬。

解決了氫氣的儲(chǔ)存問題后，如何實(shí)現(xiàn)氫氣的安全減壓和穩(wěn)定供給，又是擺在研發(fā)團(tuán)隊(duì)面前的一道難題。

黃翔宇介紹，完成充氣后，氫氣瓶的內(nèi)部壓力相當(dāng)于420個(gè)大氣壓，高壓氫氣在使用時(shí)還需迅速轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，如果高壓氫氣減壓過猛，極易發(fā)生爆炸等意外事故，因此氫氣瓶必須要具備很高的安全性。對(duì)此，航天科技技術(shù)團(tuán)隊(duì)研制出了高精度的減壓閥，氫氣在使用時(shí)能夠安全減壓和穩(wěn)定供給。另外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在氫氣瓶鋁合金內(nèi)膽上纏繞了一層碳纖維，使氫氣瓶更堅(jiān)固、更安全。

采用氫氣做火炬燃料還需解決火焰顯色度的問題。氫氣燃燒時(shí)的火焰在日光下不明顯，研發(fā)團(tuán)隊(duì)為此還給火焰“染了色”。

“正常氫氣燃燒時(shí)火焰呈淡藍(lán)色，在日光下接近透明。為了使觀眾能看清火焰，讓火焰有較高顯色度，我們?cè)诨鹁嫔贤苛司哂酗@色功能的鈉鹽，鈉鹽被火焰灼燒時(shí)會(huì)發(fā)生焰色反應(yīng)，使火焰變?yōu)轷r艷明亮的金黃色。”黃翔宇說。

文章來源： 南都，國際在線