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《大國之材》原創文(wén)章

轉載請聯系微(wēi)信：EILIG2014

圖片：受訪人提(tí)供、圖蟲創意

在北(bei)京化工大學碳纖(xiān)維樓的二樓，一個(gè)長形的房☂️間内機(jī)器轟鳴，一卷米白(bái)色的原絲緩緩地(di)被抽入設備内，這(zhè)是對PAN原絲進行碳(tan)化前的預氧化處(chù)理。

《大國之材》第三(san)集《碳纖維》攝制組(zǔ)前往拜訪時，滿頭(tóu)🆚銀發🌈的徐樑華正(zheng)穿着白大褂，在這(zhe)條原絲碳化中試(shi)線上認真指導學(xue)😘生作🚩業。

身兼國家(jiā)碳纖維工程技術(shù)研究中心主任、北(bei)化碳纖維及功能(neng)高分子教育部重(zhòng)點實驗室副主任(ren)、碳纖維📐及複合材(cai)料研究所♈所長等(deng)職，徐樑華紮根碳(tan)纖維研究領域已(yi)30多年，經曆了💛國産(chan)碳纖維發展的一(yi)半曆程。

在他看來(lái)，高校應該堅守基(jī)礎研究、應用基礎(chǔ)及前瞻性工作的(de)定位。“一個人的精(jīng)力是有限的，我們(men)應堅守本分，把碳(tàn)纖維産業💜的基礎(chu)做好。”

01

打破固有思(si)維重樹碳纖維國(guó)産化主流工藝

從(cong)20世紀60年代末到80年(nian)代，國産碳纖維經(jing)曆了艱難的階段(duàn)，材料界從對其認(rèn)知到科研力量皆(jie)為欠缺。

當時的碳(tàn)纖維研發并未作(zuò)為大協同的技術(shù)體系展⭐開研究，從(cong)聚合、紡絲到氧化(hua)、碳化再到應用在(zài)當時條塊分割的(de)框架之下無法形(xíng)成協調。

國民經濟(ji)水平亦相對較低(di)，與碳纖維的研發(fā)投入需求并不🈚匹(pi)配。科研實力弱，缺(que)乏先進技術的參(can)考、借鑒，國内對碳(tàn)纖維的認知水平(píng)并不高。

關鍵的原(yuán)因是，國産化主流(liú)技術未能找到。

因(yin)此，2000年以前，中國的(de)碳纖維探索一直(zhi)處于徘徊階段。

随(suí)着市場對碳纖維(wéi)需求的推動，國家(jiā)和政府加大了🏃對(dui)碳纖維研發的支(zhi)持力度。“十五”期間(jian)在國家“863”項目推動(dòng)下，形成💜了北♍京化(huà)🌈工大學、中科院山(shan)西煤化所、山東大(dà)學為👣主要力量的(de)三💚個相對集中的(de)研發基地。

從事高(gao)性能聚丙烯腈（PAN）碳(tan)纖維科學技術研(yán)究，徐樑華深感🐆使(shǐ)命重大，感歎不容(rong)易，“它需要有很淡(dàn)定的心态才能做(zuo)得出來⭕” 。

上個世紀(jì)代表中國碳纖維(wéi)水平的是硝酸法(fǎ)技術，然而🐇硝酸法(fa)♊在國際上已經被(bei)淘汰，現在代表中(zhong)國🌈碳纖維水平的(de)是二甲基亞砜法(fǎ)。當時國内已擁有(you)二甲基亞砜技術(shu)，但是由于固有🚶思(si)維未突破被擱置(zhi)。

徐樑華團隊

徐樑(liáng)華率領團隊，基于(yu)PAN/DMSO間歇溶液聚合、一(yi)步法濕法紡絲工(gōng)藝，在國内率先研(yan)發出二甲基亞砜(feng)溶液體系制備具(ju)🍉有規整表截面結(jie)構碳纖維原絲的(de)國産✍️化技術，重新(xin)确立了二甲基亞(yà)砜原絲工藝路線(xian)在碳纖維國産化(hua)發展中的主體地(di)位。

按此工藝生産(chan)的聚丙烯腈原絲(sī)的質量完全符合(he)高強碳纖維🙇‍♀️生産(chǎn)的需要，國産碳纖(xian)維從此走上了從(cóng)高強、高強中模、高(gāo)模、高模高強有序(xù)發展的快速❌軌道(dào)。

徐樑華認為，重新(xīn)使用二甲基亞砜(feng)法路線不僅僅是(shi)技術的轉型，更是(shì)理念的轉型。

02

沖出(chu)對标困局實現國(guó)産技術自主創新(xin)

如果說本世紀初(chu)的碳纖維技術處(chu)于轉型階段，那麼(me)現在的碳纖維産(chǎn)業可謂處于升級(jí)階段。“接下來進入(ru)碳纖維的産業化(huà)建設。”徐樑華說。

國(guo)産碳纖維近20年的(de)發展速度遠超前(qian)30年的發展速度，産(chǎn)業化成果累累。技(ji)術方面，從當時的(de)T300到現在高強高模(mo)全覆蓋。

雖堅守碳(tàn)纖維産業的基礎(chǔ)研究本分工作，徐(xu)樑華團隊卻☎️不忘(wàng)創新。徐樑華認為(wei)，國産碳纖維材料(liao)應實現自主創新(xin)，避免😄跟着國外🔴的(de)發展步伐走對标(biāo)式的路。

“十五”期間(jian)，北京化工大學和(he)山西煤化所分别(bie)展開了T700級碳纖維(wei)🔞的研發。兩者走的(de)研究路線不一，山(shān)西煤化所走的是(shi)幹噴濕紡路線，徐(xu)樑華團隊提出了(le)濕紡工🈚藝制備國(guó)産T700級高強碳纖維(wéi)的技術方向并得(de)到了科技部的支(zhī)持。

經過4年的努力(li)，濕紡T700級碳纖維實(shi)現了關鍵技術突(tū)🏃🏻破，并應用到以光(guang)威為代表的碳纖(xian)維企業中，這意味(wei)着國産🐕高強碳纖(xiān)♉維産業化技術空(kong)白被填補上了。“這(zhè)個原始創新是我(wo)🤩們獨有的，連日本(ben)都沒有”。

實現國産(chǎn)碳纖維技術自主(zhu)創新，無疑讓徐樑(liang)華團隊推🙇🏻動🧑🏽‍🤝‍🧑🏻碳纖(xian)㊙️維國産化的信念(nian)更加堅定，“國産碳(tan)纖維發展到現在(zài)，我們可以不對标(biao)國外，做自己的技(jì)術”。

03

發揮碳纖維優(you)勢 實現價值大化(huà)

中國碳纖維産業(ye)邁入了快速發展(zhan)的第二個階段。随(sui)着新能源汽車及(ji)其他現代工業的(de)發展，“黑色黃金”迎(ying)來發展風口。

在此(ci)過程中，原絲生産(chǎn)技術、碳化生産技(jì)術及對應生🙇‍♀️産設(shè)備均🈲不斷發展完(wán)善，而下遊的碳纖(xian)維終端應用則高(gao)端應用與低端應(yīng)用并存。對于目前(qian)國産碳纖維發展(zhan)現狀有什麼樣的(de)看法？徐樑華從企(qi)業定位和應用角(jiao)度給出了答案。

以(yi)下是《大國之材》整(zheng)理的對話内容：

《大(da)國之材》：國産碳纖(xiān)維市場價格如何(he)？

徐樑華：，碳纖維具(jù)有特殊的優異性(xing)能，一定要将其性(xing)能用出來，它的價(jia)值才會體現出來(lái)。第二，現在碳纖維(wéi)的産業發展有一(yi)個現象，盲目地擴(kuò)大産能，大家覺得(de)♍把它賣出去就行(hang)了。所以國内碳纖(xian)維的銷售價一直(zhí)較低，大家一直沒(mei)有考慮到💃🏻它的價(jià)值。

體現碳纖維價(jia)值化的應用需要(yao)把應用設計和應(yīng)用服務這兩個方(fāng)面做好，其高價值(zhi)化應用就體現出(chu)來了。

碳纖維不能(neng)跟玻璃纖維等去(qù)競争市場，否則價(jià)值無💋法🌈體現。碳纖(xiān)維屬于“貴族”材料(liào)，是高價值的材料(liao)👅，一定要用在該用(yong)的地方。如航天航(hang)空及國民經濟領(lǐng)域中🈲工業領♉域的(de)一些高端🈲裝備。

但(dan)凡嫌碳纖維貴的(de)應用領域，就不該(gāi)去考慮，如此👈體現(xiàn)不出其價值。

《大國(guó)之材》：您如何看待(dai)碳纖維在風電、汽(qi)車、軌道交通上的(de)應🚶用？

徐樑華：碳纖(xian)維不能去競争低(dī)容量的風電葉片(piàn)市場。

假如風電葉(yè)片容量要求變大(dà)了，就是碳纖維的(de)天下了。比方🤟5兆、7兆(zhào)、10兆等大容量的風(fēng)電葉片，需要将葉(yè)⁉️片做大，或🏃‍♀️者葉片(pian)的單位兜風面積(ji)要求增加。此時玻(bo)璃纖維因比重較(jiao)大🥵、剛度不夠的限(xiàn)✍️制，就無法滿⁉️足了(le)，而碳纖維在這兩(liǎng)方面是強項。

所以(yǐ)海洋風電，或者大(da)瓦數大功率風電(dian)葉片，一定要用碳(tàn)纖維👉，其價值就能(neng)體現出來。

汽車是(shi)碳纖維的潛在市(shi)場。目前，碳纖維在(zai)汽車上的應用處(chù)于驗證階段，并不(bú)十分成熟。從全複(fu)合材料汽車到碳(tàn)纖維加強車身，目(mù)前為止，我還是認(rèn)為✉️它是一種技術(shu)驗證。

碳纖維在汽(qì)車領域的應用範(fan)圍和方法，到現在(zai)為止未出現特别(bié)成熟的結論。此外(wai)中國沒有特别高(gāo)端的乘用🍓車，汽車(che)廠家利潤水平本(ben)來不高，所以碳纖(xian)維複合材料在中(zhōng)國🔴市場上的應用(yòng)難度可能會更大(da)一些。我認為碳🐅纖(xian)維在汽車方面的(de)應用是一種儲備(bei)技術，或者說是驗(yan)證性的應用。

不過(guo)，随着國家新能源(yuan)汽車政策的推動(dong)，可能慢慢地💛會推(tuī)進這方面的應用(yòng)。但是不能把應用(yong)壓力都轉移到碳(tan)❌纖維⭕的低成本化(hua)方面，碳纖維的成(cheng)本有一個理論目(mu)标，如果碳纖維企(qǐ)業無法盈利，整個(ge)行業就将不可持(chí)續💃🏻發展。

碳纖維在(zai)汽車上的應用應(yīng)把準碳纖維的綜(zong)合優勢，把應用技(ji)術發展起來。像現(xian)在碳纖維複合材(cai)料替代金屬件這(zhe)種模式，不是發展(zhǎn)🤩碳纖維複合材料(liào)在汽車上應用技(jì)術的正确的方向(xiang)。

碳纖維在汽車上(shang)的應用能發揮其(qí)價值的地方是加(jiā)固、局部加強、和輕(qīng)量化，但是其軟肋(lèi)是怕沖擊。我認為(wéi)抗沖擊的任務，應(yīng)由金屬🔴承擔，如鋁(lǚ)合金等輕質金屬(shǔ)；加固方面則由碳(tàn)纖維承擔，兩者結(jié)合起來，現在像寶(bao)馬，也是走的這條(tiao)路。

軌道交通方面(mian)，輕量化，從技術層(ceng)面上來講，是碳纖(xian)👣維非常好的㊙️應用(yong)點。比如高鐵，需要(yao)用電驅動；而現在(zài)電網建設跟👣不上(shàng)高鐵的發展需要(yao)，特别是有些地方(fang)，因為電網不完善(shàn)🏃‍♂️，高鐵沒法通過去(qu)。高鐵的輕量化，是(shì)解😄決高鐵耗電非(fei)常理想的途徑✂️之(zhī)一。此外，随着耗電(diàn)需求下降，電網的(de)壓力随之下降，從(cong)長遠來講，它效益(yì)也是可以體現的(de)。

總之，碳纖維因其(qi)特性，在裝備存在(zai)交互碰撞的領域(yù)使用并不很成功(gong)，而在不交互碰撞(zhuàng)領域的使用很成(chéng)功。

《大國之材》：在您(nín)看來，國内碳纖維(wei)應用的出路在哪(na)裡？

徐樑華：據我總(zong)結，中國碳纖維應(yīng)用市場，其實都是(shì)模仿西方國家。如(ru)☀️此産生一個弊端(duan)，别人的市場開拓(tuò)出來以後，蛋糕已(yi)經💚畫好了，我👄們僅(jin)僅是從人家蛋糕(gāo)裡分一小塊蛋糕(gāo)。

西方發達國家隔(gé)幾年就有新領域(yù)的應用發現，我們(men)卻🈲沒👄有。我們缺兩(liang)個條件，一是材料(liao)的應用服務跟不(bu)上，做材料的不思(si)考怎麼把它用出(chu)去，隻想着賣出去(qu)，市場🚶地位不高；二(èr)是應用設計能力(lì)很差，未形成材料(liao)合理應用的主觀(guān)思維，跟随西方國(guó)家的腳步。中🔞國需(xū)要有正向設計能(néng)力，中國的複合材(cai)料真正要做強，一(yī)定要會自己開拓(tuo)市場。

《大國之材》：針(zhen)對目前的碳纖維(wéi)濕紡和幹噴濕紡(fǎng)兩大産業化技術(shu)路線，您認為國内(nèi)碳纖維要實現低(dī)成本化應如何推(tui)進？

徐樑華：提速提(tí)束。一個是把速度(dù)提上來，一個把絲(sī)束提上去。

幹噴濕(shi)紡優點是走速度(dù)，但它的絲束不容(rong)易提上👈去。濕紡💜紡(fang)絲的缺點是速度(dù)慢，但它的優點是(shì)可以把絲束提上(shàng)去。這兩個回歸到(dào)一個共性問題，就(jiù)是生産效率的提(ti)㊙️高，這都🔴是低成本(běn)化的途徑。

工業用(yong)碳纖維技術的發(fa)展，幹濕紡是途徑(jìng)之一，但不🙇🏻是🌍全部(bù)，大絲束也是個途(tú)徑。現在從技術推(tui)進的話，兩條腿都(dou)得走，一個是大絲(si)束，一個是幹濕紡(fang)。

目前國内大絲束(shù)技術隻到48K，這方面(mian)下一步可能有兩(liang)個🔞任⁉️務要進行：一(yi)個是大絲束的紡(fǎng)絲和碳化技術，從(cóng)碳纖維制備和工(gōng)藝角度來講，大絲(sī)束比小絲束難，技(jì)術問題也需要🔞慢(man)慢的去突破🤞； 二是(shi)大絲束做複合材(cai)料，效率高，但是成(chéng)型過程中間也有(yǒu)些技術要突破。