打破固有思維

重樹碳纖維國(guó)產(chǎn)化主流工藝

從20世紀(jì)60年代末到80年代，國(guó)產(chǎn)碳纖維經(jīng)歷了艱難的階段，材料界從對(duì)其認(rèn)知到科研力量皆為欠缺。

當(dāng)時(shí)的碳纖維研發(fā)并未作為大協(xié)同的技術(shù)體系展開研究，從聚合、紡絲到氧化、碳化再到應(yīng)用在當(dāng)時(shí)條塊分割的框架之下無(wú)法形成協(xié)調(diào)。

國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平亦相對(duì)較低，與碳纖維的研發(fā)投入需求并不匹配?？蒲袑?shí)力弱，缺乏先進(jìn)技術(shù)的參考、借鑒，國(guó)內(nèi)對(duì)碳纖維的認(rèn)知水平并不高。

最關(guān)鍵的原因是，國(guó)產(chǎn)化主流技術(shù)未能找到。

因此，2000年以前，中國(guó)的碳纖維探索一直處于徘徊階段。

隨著市場(chǎng)對(duì)碳纖維需求的推動(dòng)，國(guó)家和政府加大了對(duì)碳纖維研發(fā)的支持力度。“十五”期間在國(guó)家“863”項(xiàng)目推動(dòng)下，形成了北京化工大學(xué)、中科院山西煤化所、山東大學(xué)為主要力量的三個(gè)相對(duì)集中的研發(fā)基地。

從事高性能聚丙烯腈（PAN）碳纖維科學(xué)技術(shù)研究，徐樑華深感使命重大，感嘆不容易，“它需要有很淡定的心態(tài)才能做得出來(lái)” 。

上個(gè)世紀(jì)代表中國(guó)碳纖維水平的是硝酸法技術(shù)，然而硝酸法在國(guó)際上已經(jīng)被淘汰，現(xiàn)在代表中國(guó)碳纖維水平的是二甲基亞砜法。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)已擁有二甲基亞砜技術(shù)，但是由于固有思維未突破被擱置。

徐樑華團(tuán)隊(duì)

徐樑華率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，基于PAN/DMSO間歇溶液聚合、一步法濕法紡絲工藝，在國(guó)內(nèi)率先研發(fā)出二甲基亞砜溶液體系制備具有規(guī)整表截面結(jié)構(gòu)碳纖維原絲的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，重新確立了二甲基亞砜原絲工藝路線在碳纖維國(guó)產(chǎn)化發(fā)展中的主體地位。

按此工藝生產(chǎn)的聚丙烯腈原絲的質(zhì)量完全符合高強(qiáng)碳纖維生產(chǎn)的需要，國(guó)產(chǎn)碳纖維從此走上了從高強(qiáng)、高強(qiáng)中模、高模、高模高強(qiáng)有序發(fā)展的快速軌道。

徐樑華認(rèn)為，重新使用二甲基亞砜法路線不僅僅是技術(shù)的轉(zhuǎn)型，更是理念的轉(zhuǎn)型。

沖出對(duì)標(biāo)困局

實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)技術(shù)自主創(chuàng)新

如果說(shuō)本世紀(jì)初的碳纖維技術(shù)處于轉(zhuǎn)型階段，那么現(xiàn)在的碳纖維產(chǎn)業(yè)可謂處于升級(jí)階段。“接下來(lái)進(jìn)入碳纖維的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)。”徐樑華說(shuō)。

國(guó)產(chǎn)碳纖維近20年的發(fā)展速度遠(yuǎn)超前30年的發(fā)展速度，產(chǎn)業(yè)化成果累累。技術(shù)方面，從當(dāng)時(shí)的T300到現(xiàn)在高強(qiáng)高模全覆蓋。

雖堅(jiān)守碳纖維產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)研究本分工作，徐樑華團(tuán)隊(duì)卻不忘創(chuàng)新。徐樑華認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)碳纖維材料應(yīng)實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新，避免跟著國(guó)外的發(fā)展步伐走對(duì)標(biāo)式的路。

“十五”期間，北京化工大學(xué)和山西煤化所分別展開了T700級(jí)碳纖維的研發(fā)。兩者走的研究路線不一，山西煤化所走的是干噴濕紡路線，徐樑華團(tuán)隊(duì)提出了濕紡工藝制備國(guó)產(chǎn)T700級(jí)高強(qiáng)碳纖維的技術(shù)方向并得到了科技部的支持。

經(jīng)過(guò)4年的努力，濕紡T700級(jí)碳纖維實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)突破，并應(yīng)用到以光威為代表的碳纖維企業(yè)中，這意味著國(guó)產(chǎn)高強(qiáng)碳纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)空白被填補(bǔ)上了?！斑@個(gè)原始創(chuàng)新是我們獨(dú)有的，連日本都沒(méi)有”。

實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)碳纖維技術(shù)自主創(chuàng)新，無(wú)疑讓徐樑華團(tuán)隊(duì)推動(dòng)碳纖維國(guó)產(chǎn)化的信念更加堅(jiān)定，“國(guó)產(chǎn)碳纖維發(fā)展到現(xiàn)在，我們可以不對(duì)標(biāo)國(guó)外，做自己的技術(shù)”。

《大國(guó)之材》徐樑華院長(zhǎng)篇

“中國(guó)復(fù)合材料要做強(qiáng)，

一定要會(huì)自己開拓市場(chǎng)”

中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)邁入了快速發(fā)展的第二個(gè)階段。隨著新能源汽車及其他現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，“黑色黃金”迎來(lái)發(fā)展風(fēng)口。

在此過(guò)程中，原絲生產(chǎn)技術(shù)、碳化生產(chǎn)技術(shù)及對(duì)應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備均不斷發(fā)展完善，而下游的碳纖維終端應(yīng)用則高端應(yīng)用與低端應(yīng)用并存。對(duì)于目前國(guó)產(chǎn)碳纖維發(fā)展現(xiàn)狀有什么樣的看法？徐樑華從企業(yè)定位和應(yīng)用角度給出了答案。

以下是新材料在線?整理的對(duì)話內(nèi)容（Q為新材料在線?，A為徐樑華）：

Q：國(guó)產(chǎn)碳纖維市場(chǎng)價(jià)格如何？

A：第一，碳纖維具有特殊的優(yōu)異性能，一定要將其性能用出來(lái)，它的價(jià)值才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。第二，現(xiàn)在碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展有一個(gè)現(xiàn)象，盲目地?cái)U(kuò)大產(chǎn)能，大家覺(jué)得把它賣出去就行了。所以國(guó)內(nèi)碳纖維的銷售價(jià)一直較低，大家一直沒(méi)有考慮到它的價(jià)值。

體現(xiàn)碳纖維價(jià)值化的應(yīng)用需要把應(yīng)用設(shè)計(jì)和應(yīng)用服務(wù)這兩個(gè)方面做好，其高價(jià)值化應(yīng)用就體現(xiàn)出來(lái)了。

碳纖維不能跟玻璃纖維等去競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，否則價(jià)值無(wú)法體現(xiàn)。碳纖維屬于“貴族”材料，是高價(jià)值的材料，一定要用在該用的地方。如航天航空及國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中工業(yè)領(lǐng)域的一些高端裝備。

但凡嫌碳纖維貴的應(yīng)用領(lǐng)域，就不該去考慮，如此體現(xiàn)不出其價(jià)值。

Q：您如何看待碳纖維在風(fēng)電、汽車、軌道交通上的應(yīng)用？

A：碳纖維不能去競(jìng)爭(zhēng)低容量的風(fēng)電葉片市場(chǎng)。

假如風(fēng)電葉片容量要求變大了，就是碳纖維的天下了。比方5兆、7兆、10兆等大容量的風(fēng)電葉片，需要將葉片做大，或者葉片的單位兜風(fēng)面積要求增加。此時(shí)玻璃纖維因比重較大、剛度不夠的限制，就無(wú)法滿足了，而碳纖維在這兩方面是強(qiáng)項(xiàng)。

所以海洋風(fēng)電，或者大瓦數(shù)大功率風(fēng)電葉片，一定要用碳纖維，其價(jià)值就能體現(xiàn)出來(lái)。

汽車是碳纖維的潛在市場(chǎng)。目前，碳纖維在汽車上的應(yīng)用處于驗(yàn)證階段，并不十分成熟。從全復(fù)合材料汽車到碳纖維加強(qiáng)車身，目前為止，我還是認(rèn)為它是一種技術(shù)驗(yàn)證。

碳纖維在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和方法，到現(xiàn)在為止未出現(xiàn)特別成熟的結(jié)論。此外中國(guó)沒(méi)有特別高端的乘用車，汽車廠家利潤(rùn)水平本來(lái)不高，所以碳纖維復(fù)合材料在中國(guó)市場(chǎng)上的應(yīng)用難度可能會(huì)更大一些。我認(rèn)為碳纖維在汽車方面的應(yīng)用是一種儲(chǔ)備技術(shù)，或者說(shuō)是驗(yàn)證性的應(yīng)用。

不過(guò)，隨著國(guó)家新能源汽車政策的推動(dòng)，可能慢慢地會(huì)推進(jìn)這方面的應(yīng)用。但是絕對(duì)不能把應(yīng)用壓力都轉(zhuǎn)移到碳纖維的低成本化方面，碳纖維的成本有一個(gè)理論目標(biāo)，如果碳纖維企業(yè)無(wú)法盈利，整個(gè)行業(yè)就將不可持續(xù)發(fā)展。

碳纖維在汽車上的應(yīng)用應(yīng)把準(zhǔn)碳纖維的綜合優(yōu)勢(shì)，把應(yīng)用技術(shù)發(fā)展起來(lái)。像現(xiàn)在碳纖維復(fù)合材料替代金屬件這種模式，不是發(fā)展碳纖維復(fù)合材料在汽車上應(yīng)用技術(shù)的正確的方向。

碳纖維在汽車上的應(yīng)用最能發(fā)揮其價(jià)值的地方是加固、局部加強(qiáng)、和輕量化，但是其軟肋是怕沖擊。我認(rèn)為抗沖擊的任務(wù)，應(yīng)由金屬承擔(dān)，如鋁合金等輕質(zhì)金屬；加固方面則由碳纖維承擔(dān)，兩者結(jié)合起來(lái)，現(xiàn)在像寶馬，也是走的這條路。

軌道交通方面，輕量化，從技術(shù)層面上來(lái)講，是碳纖維非常好的應(yīng)用點(diǎn)。比如高鐵，需要用電驅(qū)動(dòng)；而現(xiàn)在電網(wǎng)建設(shè)跟不上高鐵的發(fā)展需要，特別是有些地方，因?yàn)殡娋W(wǎng)不完善，高鐵沒(méi)法通過(guò)去。高鐵的輕量化，是解決高鐵耗電非常理想的途徑之一。此外，隨著耗電需求下降，電網(wǎng)的壓力隨之下降，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，它效益也是可以體現(xiàn)的。

總之，碳纖維因其特性，在裝備存在交互碰撞的領(lǐng)域使用并不很成功，而在不交互碰撞領(lǐng)域的使用很成功。

Q：在您看來(lái)，國(guó)內(nèi)碳纖維應(yīng)用的出路在哪里？

A：據(jù)我總結(jié)，中國(guó)碳纖維應(yīng)用市場(chǎng)，其實(shí)都是模仿西方國(guó)家。如此產(chǎn)生一個(gè)弊端，別人的市場(chǎng)開拓出來(lái)以后，蛋糕已經(jīng)畫好了，我們僅僅是從人家蛋糕里分一小塊蛋糕。

西方發(fā)達(dá)國(guó)家隔幾年就有新領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，我們卻沒(méi)有。我們?nèi)眱蓚€(gè)條件，一是材料的應(yīng)用服務(wù)跟不上，做材料的不思考怎么把它用出去，只想著賣出去，市場(chǎng)地位不高；二是應(yīng)用設(shè)計(jì)能力很差，未形成材料合理應(yīng)用的主觀思維，跟隨西方國(guó)家的腳步。中國(guó)需要有正向設(shè)計(jì)能力，中國(guó)的復(fù)合材料真正要做強(qiáng)，一定要會(huì)自己開拓市場(chǎng)。

Q：針對(duì)目前的碳纖維濕紡和干噴濕紡兩大產(chǎn)業(yè)化技術(shù)路線，您認(rèn)為國(guó)內(nèi)碳纖維要實(shí)現(xiàn)低成本化應(yīng)如何推進(jìn)？

A：提速提束。一個(gè)是把速度提上來(lái)，一個(gè)把絲束提上去。

干噴濕紡優(yōu)點(diǎn)是走速度，但它的絲束不容易提上去。濕紡紡絲的缺點(diǎn)是速度慢，但它的優(yōu)點(diǎn)是可以把絲束提上去。這兩個(gè)回歸到一個(gè)共性問(wèn)題，就是生產(chǎn)效率的提高，這都是低成本化的途徑。

工業(yè)用碳纖維技術(shù)的發(fā)展，干噴濕紡是途徑之一，但不是全部，大絲束也是個(gè)途徑。現(xiàn)在從技術(shù)推進(jìn)的話，兩條腿都得走，一個(gè)是大絲束，一個(gè)是干噴濕紡。

目前國(guó)內(nèi)大絲束技術(shù)只到48K，這方面下一步可能有兩個(gè)任務(wù)要進(jìn)行：一個(gè)是大絲束的紡絲和碳化技術(shù)，從碳纖維制備和工藝角度來(lái)講，大絲束比小絲束難，技術(shù)問(wèn)題也需要慢慢的去突破；二是大絲束做復(fù)合材料，效率高，但是成型過(guò)程中間也有些技術(shù)要突破。