近年来，建材行业涌现出许多杰出的科技工作者，他们为了行业进步攻坚克难，在科技攀登的路上挥洒热情与汗水；他们的成果涉及到行业内各细分领域，为推动行业各领域节能降耗、绿色低碳发展、安全高质量发展起到了推动作用，为建材行业向着“宜业尚品、造福人类”目标迈进作出了贡献。

本刊特开设《科技新锐》栏目，报道、展示他们在科技工作中的风采，欢迎读者朋友共同关注。今天，我们一起来认识一位将高强等高性能特种玻璃纤维研发作为自己毕生事业的技术专家——南京玻璃纤维研究设计院的祖群。

祖 群

在做强玻纤路上前行

当“天宫一号”与“神舟八号”完美对接；当“PF6线圈”运抵法国ITER现场，国际热核聚变实验核心部件自此实现“中国造”…… 世人见证着中国在逐渐走近世界舞台中央。然而，鲜为人知的是，这一件件重要事件的背后有一位“大功臣”——高强玻璃纤维。

高强玻璃纤维是先进复合材料高性能、轻量化、低成本及结构功能一体化发展的关键共性基础原材料之一，应用于航天、航空、舰船、新能源、通讯等新材料领域。南京玻璃纤维研究设计院有限公司（简称“南京玻纤院”）技术专家、教授级高工祖群，自1990年7月从华东理工大学材料学院无机非金属材料专业研究生毕业以来，一直从事高性能玻璃纤维应用基础、工程化技术及产品应用开发等研究工作，将高强等高性能特种玻璃纤维研发作为自己毕生事业。

她先后主持承担了国家科技部“863”、国家科技部院所专项、国防科技攻关、国防重点专项、科技部重点专项等数十项国家及部省级科技计划。成功开发了高强度、高模量、低介电、高硅氧、耐辐照等高性能特种玻璃纤维，产品已广泛应用在国防、航天航空、新能源、电子通讯等领域高端装备制造中。其中，她研究的大容量高强玻璃一步法成型技术，提高了高强玻璃纤维生产能力，在国际上首次实现了S级高强玻璃纤维耐火材料内衬的一步法池窑拉丝大规模化生产，大幅度降低了高强玻璃纤维制造成本。

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玻璃纤维让飞行更轻盈

为让天宫系列飞得“轻盈”“完美”，科学家们呕心沥血研究更可行的方案。

作为提供飞行动力的关键设备，电源分系统被誉为航天飞行器的“心脏”。相比以往的卫星，“天宫一号”要在充斥着较多“太空垃圾”的空间站低轨环境飞行，对其各部件的抗氧化性能提出了较高要求。原有的电源系统已无法满足使用需求，亟需研制一种新的材料板，不仅能有效提高电池的发电量，还要克服发射及太空飞行中的巨大阻力，而且要尽可能减轻重量。为此，半刚性电池基板攻关项目得以立项。用玻璃编制成“半刚玻纤网格”，特种玻璃纤维便成为唯一的选择。“一方面让电池帆板可以牢牢抓住网格，另一方面可以让电池帆板成功‘瘦身’，使‘天宫一号’飞得更高、更‘轻盈’。”祖群说。

为此，“天宫一号”的研发小组提出：特种玻璃纤维需要具备高强度、高模量、重量轻、耐辐照的特点，并有高柔性可编织功能。然而，玻璃纤维性脆，要用它做成电池帆板所需要的载体，就好比“用玻璃打毛衣”。

“当时我国的特种玻璃纤维种类少，且单丝细度较粗，经编工艺性差，需要研发出单丝细度在5.5微米的新型玻璃纤维。这需要克服纤维脆性、表面磨损且与树脂不匹配等难题，以满足编织和复合工艺与性能设计要求。”祖群回忆：“自接到任务后，南京玻纤院从纤维的组分设计和成形工艺、表面处理、纺织工程三个领域抽调专业技术人员，在“天宫一号”研发人员带领下，我与上海东华大学陈南梁教授团队联手组成研究团队共同攻关。”最初在编织的时候，纤维易起毛和断丝，甚至无法制备出合格的复合材料网格基板。

不过，研究团队并没有放弃，祖群带领团队做了大量的配方验证和工艺考核试验。通过5年的努力，研制出高强度、高柔性的特种玻璃纤维。由这种纤维制成的半刚性网板，可接受电源系统高达一百伏高压供电植入；电池帆板可透过网格双面发电，发电比以前提高了15%。此外，它可以有效防止低轨环境的热疲劳和热损伤，重量比传统的全刚性电池帆板轻了30%～40%。最终，实现了用玻璃编织成“半刚性玻璃纤维网格电池帆板”为“天宫一号”提供一双完美“翅膀”。

天宫一号

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玻璃纤维让“PF6线圈”更安全

国际热核聚变实验堆（ITER）计划是当今世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程之一，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，探索受控核聚变技术商业化可行性。欧盟、中国、美国、日本、韩国、印度和俄罗斯七方30多个国家共同合作资助了这一项目。ITER计划对从根本上解决人类共同面临的能源问题、环境问题和社会可持续发展问题具有重大意义。

2021年当地时间4月21日，在法国南部卡达拉舍，ITER托卡马克装置第四个重大部件——极向场超导线圈PF6成功落位，吊装工作圆满完成。PF6线圈由联合体成员单位中科院等离子体物理研究所制造供货，是所有ITER超导磁体中最底层的、重量最大的，也是国际上研制成功的重量最大、制造难度最高的超导磁体之一，而超导磁体匝间绝缘复合材料就是采用南京玻纤院的新一代高强耐辐照玻璃纤维制成。

超导磁体匝间绝缘复合材料要求能够耐受高能辐照、高压、冷热冲击等极端环境条件，而我国原有的玻璃纤维在力学性能等方面难以满足ITER计划对PF6绝缘材料设计要求，甚至没有可对标的产品。中国制造的ITER部件，始终坚持选用的材料全部自主研发和制造，中国PF6承制方明确提出了绝缘材料国内采购的需求。

祖群（左）在检查设备

祖群和团队意识到任务的重要性和迫切性，在新型高强玻璃纤维前期研究工作基础上，克服了纤维高速拉伸易断丝、纺织物表观疵点多等制造难点，设计详细的产品方案和技术路线，快速升级改造专用生产线，安排技术能手进行生产操作，上下齐动员……终于，在短时间内制造出绝缘包饶用高强耐辐照的玻璃纤维带。验证考核表明，自主研发的绝缘复合材料优于国外同类产品。在通过承制方严格的现场监制审核后，南京玻纤院成为ITER计划极向场线圈绝缘用玻璃纤维国内唯一的供应商并批量供货，同时ITER成员国之一的俄罗斯也开始使用该种高强玻璃纤维进行相关的研究和超导磁体线圈制造工作。

中科院等离子体物理研究所在成功建设中国第一个超导托马克H7-7的基础上，继续开展了EAST项目，该装置是我国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置，自2006年启动至今，历时15年放电10万次，多次打破世界纪录。祖群欣慰地说：“EAST项目也采用了由南京玻纤院开发的耐辐照玻璃纤维系列产品作为绝缘复合材料的增强基材，包括校正场（CC）线圈等绝缘材料。”

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创新让研发与制造效率更高

时间紧，任务重，加班自然成为职场人的常态。这让祖群意识到，靠加班加点完成工作是被动的，应要被动为主动，让研究方法和技术创新成为提高效率重要途径。

“通常从原材料到复合材料构件考核过程留给玻璃纤维研究与试制周期非常短，而一旦出现反复就会对整个工程研制任务带来不利影响。”祖群说：“如何通过创新研究方法、降低技术风险来提升快速响应能力，值得重点关注。”

在祖群的带领下，南京玻纤院组建了高性能特种玻璃纤维科研团队，培养了许多科技骨干。经过多年攻关，克服了多品种、多批次、定制化的高强玻璃纤维规模化制造难题，发明了高强玻璃大容量内热深池熔化技术与装备，攻克了玻璃大容量熔制与纤维高效成形的难题；发明了模块化高强玻璃纤维直熔拉丝一步法工艺和装备，解决了多品种高强玻璃纤维柔性制造难题，实现了系列化高强玻璃纤维的短流程、高效率、高质量制造，推出了系列高强玻璃纤维产品，一步法技术成功应用大幅度提升高强玻璃纤维生产效率。对相关技术进行集成创新并构建了特种玻璃纤维一步法制造平台，实现了特种玻璃纤维工艺与应用性能的良好匹配。高强玻璃纤维生产技术的升级换代，对推动高性能玻璃纤维行业技术进步、实现我国关键基础原材料自主保障具有重要意义，社会效益和经济效益显著。

作为公司技术与质量的负责人，祖群带领团队，从纤维生产用原材料质量稳定性把关，到生产设备状态控制，细化每个制造环节工艺与质量管控。她发现虽然一些问题暴露在工程化阶段，但根源的科学与技术问题有待于深入探索，包括纤维的本体与表面特性对工艺过程影响及其评价方法等。为此，通过多年的努力，在国家多个计划支持下，她组织建立了特种玻璃纤维研发与中试平台，并将平台建立为开放模式。通过与国内外大学、研究机构和企业合作，以解决玻璃配方优化设计、玻璃熔制均匀性、纤维成形稳定性、表面处理适用性等工程实际问题为研究目标，开展高水平的基础与应用基础研究工作，同时培养年轻骨干，为高性能玻璃纤维持续发展储备人才和技术。

祖群谈道，作为产业成熟度相对较高的纤维材料，玻纤的绿色、低碳制造以及模量持续提升是不变的主题，但必须借助先进的科学与技术推动，如探索智能控制系统、新型能源系统、新的玻璃组分与结构等，同时在规模化制造的基础上还应探索玻纤定制化发展，开发满足不同需求的功能化玻璃纤维，使特种玻璃纤维向规模化发展，做强中国的“大特纤”。

未来，祖群和南京玻纤院的“大特纤”团队还将继续在做强中国玻璃纤维的路上，一路前行。

2021年3月25日，祖群在庆祝建党百年“党旗建材万里行”活动江苏站座谈会上讲述她的科研故事