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《大國之材》原創文章(zhāng)

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圖片：受(shòu)訪人提供、圖蟲創意

在北京化工大學碳纖維(wéi)樓的二樓(lóu)，一個長形(xíng)的房(fáng)間内機器(qì)轟鳴，一卷米白(bái)色的原(yuán)絲緩緩地被抽入設(shè)備(bèi)内，這是對PAN原絲進行碳化前的預氧化處理。

《大國之材》第三集《碳纖維(wéi)》攝制組前往拜訪時，滿頭銀發的徐樑(liáng)華正穿着白大(dà)褂，在這條原絲碳(tàn)化中試線上認真指導學生作業。

身兼國家(jiā)碳纖維工(gōng)程技術研究中心主任、北(běi)化碳纖(xiān)維及功能高分子教育部重點實驗室(shì)副主任、碳纖維及複合材料研究所(suǒ)所(suǒ)長(zhǎng)等職，徐樑華紮根碳(tàn)纖維研究(jiū)領域已30多年，經曆了國(guó)産碳纖(xiān)維發(fā)展的一半曆程。

在他看來，高校應該堅守基礎研究、應(yīng)用(yòng)基礎及前瞻性(xìng)工作(zuò)的定位。“一個人的精力是有限的，我們應堅(jiān)守本(běn)分，把碳(tàn)纖維産業的基礎做好。”

01

打破固有思維重樹碳纖維國産化主流工藝

從20世紀60年代末到80年代，國産碳纖維經(jīng)曆了(le)艱難(nán)的階段，材料界從對其認知到科研力量皆為欠缺。

當時的碳纖維研發(fā)并未作為大協同的技術體系展開研究(jiū)，從聚合、紡絲到氧化、碳(tàn)化再到(dào)應用在當時條塊(kuài)分割的(de)框架(jià)之下無法形(xíng)成協調。

國民經濟水平亦相對較低，與碳纖維的(de)研發投入需求(qiú)并不匹配。科研實力弱，缺(quē)乏先進技術的參考、借(jiè)鑒，國内對碳纖維的認知水(shuǐ)平并不高。

關鍵的原因是，國産化主流技術未能找(zhǎo)到。

因此，2000年以前(qián)，中國的碳纖維探(tàn)索一直處于徘徊(huái)階段。

随着(zhe)市場對碳纖維(wéi)需求的推動，國家和政府加大了對碳纖維研發(fā)的(de)支持力度。“十五(wǔ)”期間在國家“863”項目推動下，形成了北京化工大學、中(zhōng)科院山西煤化所、山東大學為主要(yào)力量的三個相(xiàng)對集中的研(yán)發基地(dì)。

從事高性能聚丙烯腈（PAN）碳纖維科學技術(shù)研究，徐樑華深感使命重大，感歎不容易，“它需要(yào)有很淡定的心态才能(néng)做得出來” 。

上個世紀代表中國(guó)碳纖維水平的是硝酸法技術，然而硝酸法在國際上已經被(bèi)淘汰，現在代表中國碳纖維水平的是二甲基(jī)亞砜法。當時國内已擁(yōng)有二甲基亞(yà)砜(fēng)技術，但是由于固有思維未突(tū)破被擱(gē)置(zhì)。

徐樑華團(tuán)隊(duì)

徐樑(liáng)華率領團(tuán)隊，基于(yú)PAN/DMSO間(jiān)歇溶(róng)液聚合、一步法(fǎ)濕法紡絲(sī)工藝，在國内率先研發出二甲基亞砜溶液體系制備具有規整表截面(miàn)結構碳纖維原絲的國産化技術，重新确(què)立了二甲基亞砜原絲工(gōng)藝路線在碳纖維國産化發展中的(de)主體地位。

按此工藝生(shēng)産的聚丙烯腈原絲的質量完全符合高強碳纖維生産的需要，國産碳纖維從此走(zǒu)上了從高強、高(gāo)強中模、高模、高模高強有序發展的快速軌道。

徐樑華認為，重新使用二甲基亞砜法路線不(bú)僅僅是技(jì)術的轉(zhuǎn)型，更是理念的轉(zhuǎn)型(xíng)。

02

沖出對(duì)标困局實現國産技術自主創(chuàng)新

如果說本世紀初的碳纖維技術(shù)處于轉型階段，那麼現在的碳纖維産業可謂處(chù)于升級階段。“接(jiē)下來進入碳纖維(wéi)的産業化建設。”徐樑(liáng)華說。

國(guó)産碳纖維近20年的發展速度遠超前30年的發展速度，産業化成果累累。技術方面，從當時的T300到(dào)現在高強高模全覆蓋(gài)。

雖堅守碳纖維産業的基礎研究本分工作，徐樑華團隊(duì)卻不忘創新。徐樑華認為，國産碳纖(xiān)維材料應實現自主創新，避免跟着國外的發展步伐走對标式的路(lù)。

“十五”期間，北京化工大學和山西煤化所分别展開了T700級碳纖維的研發。兩者走的研(yán)究路線不一，山西煤化所走的是幹噴濕紡路線，徐樑華團隊(duì)提出了濕紡工(gōng)藝制備國産T700級(jí)高強碳纖維的技術方向并得到了科技部的支持。

經過4年的(de)努力，濕紡T700級碳纖維實現了關鍵(jiàn)技術(shù)突破，并應用到以光威(wēi)為代表的碳纖維企業(yè)中(zhōng)，這意味着國産高強碳纖維産業化技術空白被填補(bǔ)上了。“這個原始創新是我們獨有的，連日本都沒有”。

實(shí)現國産碳纖維技(jì)術自主創新，無疑(yí)讓徐樑華團隊推(tuī)動碳纖(xiān)維國産化(huà)的信念更加堅定，“國産碳纖(xiān)維(wéi)發展到現在，我們可以不對标國外，做自己的技術”。

03

發揮碳纖(xiān)維(wéi)優勢 實現價值大化

中(zhōng)國碳纖維産業邁入了快(kuài)速發展的第二個階段。随着新能源汽車及其他現(xiàn)代(dài)工(gōng)業的發展，“黑色(sè)黃金”迎來發展風口。

在此過程中，原絲生(shēng)産技(jì)術、碳化生(shēng)産技術(shù)及對(duì)應生産設備均不斷發展完善，而下遊的碳纖維終端應用則高(gāo)端應用與(yǔ)低端應用并(bìng)存。對于目前國産碳纖(xiān)維發展現狀有什麼樣的看法？徐樑華從企業(yè)定位和應用角度給出了答案。

以下(xià)是《大(dà)國之材》整理的對話(huà)内容：

《大國之材》：國産碳纖維市場價(jià)格如(rú)何？

徐樑華：，碳纖維具有特殊的(de)優異性能，一定要将其性能用出來，它的價值才會(huì)體(tǐ)現出來。第二，現在(zài)碳纖維的(de)産業發(fā)展(zhǎn)有一個現象，盲(máng)目地擴大産能，大家覺得把它賣出去就行了。所以國(guó)内碳(tàn)纖維的銷售價一直(zhí)較低，大家一直沒有考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)它的(de)價值。

體現碳(tàn)纖(xiān)維價值化的應用需要(yào)把應用設計和應用服務這(zhè)兩個方面(miàn)做好，其高價值化應用就體現(xiàn)出來了。

碳纖(xiān)維不能跟玻璃纖(xiān)維等去競争市場，否則價值(zhí)無法體(tǐ)現。碳纖維屬于“貴族”材料(liào)，是高價值(zhí)的材料，一定要用(yòng)在該(gāi)用的地方。如航天航空及國民經濟領域中工業(yè)領域的一(yī)些高端(duān)裝備。

但凡嫌碳纖維貴的應用領域，就不該去考慮，如(rú)此體現不出其價值。

《大國之材(cái)》：您如何看待碳纖維在風電、汽車、軌道交通上的應用？

徐樑華：碳纖維不能去(qù)競争(zhēng)低容量的風電葉片市場。

假如風(fēng)電(diàn)葉片容量要求變大了，就(jiù)是碳纖維的天下了。比方(fāng)5兆、7兆、10兆等大容量的風電葉片，需要(yào)将葉片做大，或者葉片的(de)單位兜風面積(jī)要(yào)求增加。此時玻璃纖維因比重較大、剛度不夠的限制，就無(wú)法(fǎ)滿足了，而碳纖維在這兩方面是強項(xiàng)。

所以海洋風電，或者大瓦(wǎ)數大功(gōng)率風電葉片，一定(dìng)要用碳纖維，其價值就能體現出來。

汽車是碳纖維(wéi)的潛在市場。目前，碳纖維在汽車上的應用處于驗證階段，并不十分成熟。從(cóng)全(quán)複合材料汽車到碳纖維加強車身，目前(qián)為止，我(wǒ)還是(shì)認為它是一種技術(shù)驗證。

碳纖維在汽車領域的應用範圍和方法，到現在為止未出現特别(bié)成熟的結論。此外中國沒有特别高端(duān)的(de)乘用車，汽車廠家利潤水平本(běn)來不高，所(suǒ)以碳纖維複合材料在中(zhōng)國市場上的應用難度可能會(huì)更大一些。我認(rèn)為碳纖維在汽車方面的應用是一種儲備技術，或者說是驗證性的應用。

不過，随着國家新能源汽車政策的推動，可能慢(màn)慢地會推進這方面的應用。但(dàn)是不能把應用壓力都轉移到碳纖維的低(dī)成本化方面，碳纖維的成本有一(yī)個理(lǐ)論目标，如果碳纖維(wéi)企業無法盈利，整個行業就将(jiāng)不可持續發展。

碳纖(xiān)維在汽車(chē)上的(de)應用應把準碳(tàn)纖維的綜合優勢，把應用技術發展起來。像現在碳纖維(wéi)複合(hé)材料替代金屬件這種模式，不(bú)是發展碳纖維複(fú)合材料在汽車上應用技(jì)術的正确的方向。

碳纖維在汽車上的應用(yòng)能發揮其價值的地方是加固、局部(bù)加(jiā)強、和輕(qīng)量化，但是其軟肋是怕(pà)沖擊。我認為抗沖擊的(de)任務(wù)，應由金屬(shǔ)承擔，如鋁合金等輕(qīng)質金屬；加固方面則由碳(tàn)纖維承擔，兩者結合起來，現在像寶馬，也是走的這條路。

軌道交(jiāo)通方面，輕量(liàng)化，從技術層面上來(lái)講(jiǎng)，是碳纖維非(fēi)常好的應用點(diǎn)。比如高鐵，需要用電驅動；而現在電網建(jiàn)設跟不上高(gāo)鐵的發展需要，特别是有(yǒu)些地方，因為電網不完善，高鐵沒法通過去(qù)。高鐵的輕量化，是解決高鐵耗電非常理想的途徑之一。此外，随着耗電需求下降，電網的壓力随之下降，從長遠來(lái)講，它效益也是可以體(tǐ)現的。

總之，碳纖(xiān)維因其(qí)特性，在裝備存在交互碰撞的領域使用并不(bú)很(hěn)成功，而在不交互碰撞領域的使用很成功(gōng)。

《大國之材》：在您看來，國内碳纖維應用的出路在哪裡？

徐樑華：據我總結，中國碳纖維(wéi)應用市場，其實都是模仿(páng)西方(fāng)國家。如此産生一個弊端，别人的市場開拓出來以後，蛋糕已經畫好了(le)，我們僅僅是從人家蛋糕(gāo)裡分一小(xiǎo)塊蛋糕。

西方發達國家隔幾年就有新領域的應用發現，我們卻沒有。我們缺兩個條件，一是材料的應用服(fú)務跟不上，做材料的不思考怎麼把(bǎ)它用出去，隻想着賣出去，市場地位(wèi)不高；二是應(yīng)用設計能力很差，未形(xíng)成材料合理應(yīng)用的主觀思維，跟随西方國家的腳步。中國需要有正(zhèng)向設計能力，中國的複合材(cái)料真正要(yào)做強，一定要會自己開拓市場(chǎng)。

《大國之材》：針對目前的碳纖維濕紡和幹(gàn)噴濕紡兩大産業化技(jì)術路線，您認為國(guó)内碳纖維要實現低成本化應如何推進？

徐樑華(huá)：提速提束。一個是把速度提上(shàng)來，一個把絲束提上去。

幹噴濕紡優點是走速度，但它的絲束不容易(yì)提上去。濕紡(fǎng)紡絲的缺點是速度慢，但它的優(yōu)點是可以把絲束提上去。這兩個回歸到一個共性問題，就是(shì)生産效(xiào)率的提高，這都是低成(chéng)本化的途徑。

工(gōng)業用(yòng)碳纖維技術的發展，幹濕(shī)紡是途徑之一(yī)，但不是全部，大絲束(shù)也是個途(tú)徑。現在從技術推進的話，兩條腿都(dōu)得走，一個是大絲束，一個是幹濕(shī)紡。

目前國内大絲束技(jì)術隻到48K，這方面下一(yī)步可能有兩個任務(wù)要(yào)進行：一個是(shì)大絲(sī)束的紡(fǎng)絲和碳化技(jì)術，從碳纖維制備和工藝角度(dù)來講，大絲束比小絲束難，技術問題也需要慢慢(màn)的去突破； 二是(shì)大絲束做複合材料，效率高(gāo)，但是成型過程中間(jiān)也有些技術要(yào)突破。