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《大國(guo)之材》原創文章(zhang)

轉載請聯系微(wei)信：EILIG2014

圖片：受訪人(ren)提供、圖蟲創意(yì)

在北京化工大(da)學碳纖維樓的(de)二樓，一個長形(xíng)的房間内機器(qi)轟鳴，一卷米白(bai)色的原絲緩緩(huan)地被抽入設備(bèi)内，這💁是對PAN原絲(si)進行碳化前的(de)預氧化處理。

《大(da)國之材》第三集(jí)《碳纖維》攝制組(zǔ)前往拜訪時，滿(man)頭銀發的徐樑(liáng)💚華正穿着白大(da)褂，在這條原絲(sī)碳化中試線上(shang)認真指導學生(sheng)作業。

身兼國家(jiā)碳纖維工程技(jì)術研究中心主(zhu)任、北化碳纖📧維(wei)及功能✏️高分子(zǐ)教育部重點實(shi)驗室副主任、碳(tan)纖維及複合材(cai)料研✂️究所所長(zhang)等職，徐樑華紮(zhā)根碳🌏纖維研究(jiu)領域已30多年✏️，經(jīng)曆了國産碳纖(xiān)維發展的一半(bàn)曆程。

在他看來(lai)，高校應該堅守(shǒu)基礎研究、應用(yong)基礎及前瞻性(xing)工作的💰定位。“一(yī)個人的精力是(shì)有限的，我們應(yīng)堅守本分，把碳(tan)纖維産業的基(jī)礎做好。”

01

打破固(gù)有思維重樹碳(tan)纖維國産化主(zhǔ)流工藝

從20世紀(ji)60年代末到80年代(dài)，國産碳纖維經(jīng)曆了艱難的階(jiē)段♌，材料界從對(dui)其認知到科研(yan)力量皆為欠缺(que)。

當時的碳纖維(wei)研發并未作為(wéi)大協同的技術(shu)體系展開研究(jiu)，從聚合、紡絲到(dào)氧化、碳化再到(dao)應用在當時條(tiáo)塊分割的框架(jia)之下👣無法形成(cheng)協調。

國民經濟(ji)水平亦相對較(jiao)低，與碳纖維的(de)研發投入需求(qiú)并不匹配。科研(yan)實力弱，缺乏先(xian)進技術的參考(kǎo)☁️、借鑒，國内對碳(tàn)纖維的認知水(shui)平并不高。

關鍵(jian)的原因是，國産(chan)化主流技術未(wei)能找到。

因此，2000年(nian)以前，中國的碳(tàn)纖維探索一直(zhi)處于徘徊階段(duàn)。

随着市場對碳(tan)纖維需求的推(tuī)動，國家和政府(fu)加大❤️了對碳纖(xian)維✂️研發的支持(chí)力度。“十五”期間(jian)在國家“863”項📐目推(tui)動下，形成了北(běi)京化工大學、中(zhōng)科院山西煤化(huà)所、山東大學為(wei)主要力🐕量的三(san)個相對集中的(de)研發📧基地。

從事(shì)高性能聚丙烯(xī)腈（PAN）碳纖維科學(xue)技術研究，徐樑(liang)⚽華深感使命💃重(zhong)大，感歎不容易(yi)，“它需要有很淡(dan)定的心态才能(néng)做得😍出來🆚” 。

上個(gè)世紀代表中國(guó)碳纖維水平的(de)是硝酸法技術(shu)，然而💁硝酸法在(zài)國際上已經被(bei)淘汰，現在代表(biao)中國碳纖維水(shuǐ)平的是二甲基(jī)亞砜法。當時國(guó)内已擁有二甲(jia)基亞砜技術，但(dan)是由于固有思(si)維🈲未突🔞破被擱(gē)置。

徐樑華團隊(duì)

徐樑華率領團(tuan)隊，基于PAN/DMSO間歇溶(róng)液聚合、一步法(fa)濕法紡絲工📧藝(yi)，在國内率先研(yán)發出二甲基亞(ya)砜溶液體系制(zhì)備具有規整表(biǎo)截面📐結構碳纖(xiān)維原絲的國産(chan)化技術，重新确(que)立了二甲基亞(yà)砜原絲工藝路(lu)線在🌈碳纖維國(guo)産化發展中的(de)主體地位。

按此(cǐ)工藝生産的聚(ju)丙烯腈原絲的(de)質量完全符合(hé)高強碳😍纖維生(sheng)産的需要，國産(chan)碳纖維從此走(zou)上了⚽從高強、高(gāo)強中🏒模、高模、高(gāo)模高強有序發(fa)展的快速軌道(dao)。

徐樑華認為，重(zhòng)新使用二甲基(ji)亞砜法路線不(bú)僅僅✉️是技術的(de)轉型，更是理念(niàn)的轉型。

02

沖出對(dui)标困局實現國(guó)産技術自主創(chuang)新

如果說本世(shì)紀初的碳纖維(wéi)技術處于轉型(xíng)階段，那麼現💋在(zài)的碳纖維産業(yè)可謂處于升級(ji)階段。“接下來進(jìn)入碳纖維的産(chǎn)業化建設。”徐樑(liang)華說。

國産碳纖(xian)維近20年的發展(zhan)速度遠超前30年(nian)的發展速⛹🏻‍♀️度，産(chǎn)業♌化成㊙️果累累(lèi)。技術方面，從當(dāng)時的T300到現在高(gāo)強高模全覆蓋(gài)。

雖堅守碳纖維(wei)産業的基礎研(yán)究本分工作，徐(xú)樑華團隊卻不(bu)忘創新。徐樑華(huá)認為，國産碳纖(xiān)維材料應實現(xiàn)自主創新，避免(mian)跟着國外的發(fa)展步伐走對标(biāo)式的路。

“十五”期(qi)間，北京化工大(da)學和山西煤化(huà)所分别展開了(le)T700級碳纖維的研(yan)發。兩者走的研(yan)究路線不一，山(shan)西煤化所走的(de)是幹噴濕紡路(lu)線，徐樑華團隊(duì)提出了濕紡工(gong)藝制備👅國産T700級(jí)高強碳纖維的(de)技術方向并得(dé)到了科技部的(de)支⛱️持。

經過4年的(de)努力，濕紡T700級碳(tàn)纖維實現了關(guan)鍵技術突破，并(bing)應用到以光威(wēi)為代表的碳纖(xiān)維企業中，這意(yì)味着國産高強(qiang)碳纖維産業化(huà)技術空白被填(tian)補上了。“這個✨原(yuán)始創新是我🥰們(men)獨有的，連日本(ben)都沒有”。

實現國(guó)産碳纖維技術(shu)自主創新，無疑(yi)讓徐樑華團隊(dui)🍉推動碳纖維國(guó)産化的信念更(gèng)加堅定，“國産碳(tan)纖維發展到現(xiàn)在，我們可以不(bú)對标國外，做💔自(zi)己😄的㊙️技術”。

03

發揮(huī)碳纖維優勢 實(shi)現價值大化

中(zhong)國碳纖維産業(yè)邁入了快速發(fa)展的第二個階(jie)段。随㊙️着新能源(yuán)汽車及其他現(xiàn)代工業的發展(zhǎn)，“黑色黃金”迎來(lai)發展風口。

在此(cǐ)過程中，原絲生(shēng)産技術、碳化生(shēng)産技術及對應(yīng)生産設📧備♌均不(bú)斷發展完善，而(ér)下遊的碳纖維(wei)終端應用則高(gao)❗端應用與低端(duan)☎️應用并存。對于(yu)目前國産碳纖(xian)維發展現狀有(yǒu)什麼樣的看法(fa)？徐樑華從企業(yè)定位和應用角(jiao)度給❌出了答案(àn)。

以下是《大國之(zhī)材》整理的對話(hua)内容：

《大國之材(cái)》：國産碳纖維市(shì)場價格如何？

徐(xu)樑華：，碳纖維具(ju)有特殊的優異(yi)性能，一定要将(jiāng)其性能用出來(lai)，它的價值才會(hui)體現出來。第二(èr)，現在碳纖維的(de)産業發展有一(yī)個現❌象，盲目地(di)擴大産能，大家(jia)覺得🐆把它賣出(chu)去就行了。所以(yi)國内碳纖維的(de)銷售價一㊙️直較(jiào)低，大♌家一直沒(mei)有考慮到♻️它的(de)價值。

體現碳纖(xian)維價值化的應(ying)用需要把應用(yong)設計和應用服(fú)務這兩個方面(miàn)做好，其高價值(zhí)化應用就體現(xiàn)出來了。

碳纖維(wéi)不能跟玻璃纖(xian)維等去競争市(shì)場，否則價值無(wu)法體現。碳纖維(wéi)屬于“貴族”材料(liao)，是高價值的材(cái)料，一定😄要用在(zài)該用的地方。如(ru)航天航空及國(guó)民經濟領域中(zhong)🙇‍♀️工業領域的一(yi)些高端裝備。

但(dan)凡嫌碳纖維貴(gui)的應用領域，就(jiu)不該去考慮，如(ru)此🥵體💚現不出其(qi)價值。

《大國之材(cai)》：您如何看待碳(tan)纖維在風電、汽(qi)車、軌道交通上(shàng)的應用？

徐樑華(hua)：碳纖維不能去(qù)競争低容量的(de)風電葉片市場(chǎng)。

假如風電葉片(pian)容量要求變大(da)了，就是碳纖維(wei)的天下了。比⭕方(fāng)5兆🚶、7兆、10兆等大容(róng)量的風電葉片(piàn)，需要将葉片做(zuò)大，或者葉片的(de)單位兜風面積(jī)要求增加。此時(shi)玻璃纖👅維因比(bi)重較大、剛度不(bú)夠的限🛀🏻制，就無(wu)法滿足了，而碳(tan)纖維在這兩方(fāng)面是強項。

所以(yi)海洋風電，或者(zhě)大瓦數大功率(lǜ)風電葉片，一定(ding)要用碳纖維，其(qí)價值就能體現(xiàn)出來。

汽車是碳(tan)纖維的潛在市(shì)場。目前，碳纖維(wéi)在汽車上的應(yīng)用處于驗證階(jiē)段，并不十分成(chéng)熟。從全複合材(cai)料汽車到碳纖(xiān)維加強車身，目(mù)前為止，我還👉是(shì)認為🤟它是一種(zhong)技術驗證。

碳纖(xian)維在汽車領域(yù)的應用範圍和(hé)方法，到現在為(wei)😄止未⭐出現特⭐别(bie)成熟的結論。此(ci)外中國沒有特(te)别高端的乘用(yòng)車，汽📱車廠家利(li)潤水平本來不(bu)高，所以碳✨纖維(wei)複合材料在中(zhōng)國🌈市場上的應(ying)用難度可能會(hui)更大一些。我認(ren)為碳纖維在汽(qi)車方面的應用(yong)是一種儲備技(ji)術，或者說是驗(yan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼證性的應用。

不(bú)過，随着國家新(xin)能源汽車政策(ce)的推動，可能慢(man)慢地會推進這(zhè)方面的應用。但(dan)是不能把應用(yòng)壓力都轉移💚到(dao)碳纖維的低成(chéng)本化方面，碳纖(xiān)維的成本有一(yi)個理論目标，如(ru)果碳纖維企業(yè)無法盈利，整個(ge)行業就将不可(ke)持續發展。

碳纖(xiān)維在汽車上的(de)應用應把準碳(tàn)纖維的綜合優(yōu)勢，把應用技🐆術(shu)發展起來。像現(xian)在碳纖維複合(he)材料替代金屬(shu)件這種模式，不(bú)是發展碳纖維(wéi)複合材料在汽(qì)車上應用技術(shu)的正确的方向(xiang)。

碳纖維在汽車(chē)上的應用能發(fa)揮其價值的地(di)方是🐆加固、局部(bu)加強、和輕量化(hua)，但是其軟肋是(shi)怕沖擊。我認為(wei)抗沖擊的任務(wù)，應由金屬承擔(dān)，如鋁合金等輕(qing)質金屬；加固方(fāng)面則由碳纖維(wéi)承擔，兩者結合(hé)起來，現在像寶(bao)馬，也是走的這(zhè)條路。

軌道交通(tōng)方面，輕量化，從(cong)技術層面上來(lai)講，是碳纖維🌐非(fei)常好的應用點(diǎn)。比如高鐵，需要(yao)用電驅動；而現(xiàn)在電網建設跟(gen)不上高鐵的發(fā)展需要，特别是(shi)有些地方，因為(wei)電網不完善，高(gao)鐵沒法通過去(qù)。高鐵的輕量化(huà)，是解決高鐵耗(hào)電非常理想的(de)途徑之一。此外(wai)，随着耗電需求(qiu)下降，電網的壓(ya)力随之🧑🏾‍🤝‍🧑🏼下降，從(cong)長遠🔆來講，它效(xiao)益也📐是可以體(tǐ)現的。

總之，碳纖(xiān)維因其特性，在(zài)裝備存在交互(hù)碰撞的領域使(shǐ)用🌐并不很成功(gōng)，而在不交互碰(pèng)撞領域的使用(yong)很成功。

《大國之(zhi)材》：在您看來，國(guo)内碳纖維應用(yòng)的出路在哪裡(li)？

徐樑華：據我總(zong)結，中國碳纖維(wéi)應用市場，其實(shi)都是模仿西🌈方(fāng)國家。如㊙️此😄産生(sheng)一個弊端，别人(ren)的市場開拓出(chu)來以後，蛋糕已(yǐ)經畫好了，我們(men)僅僅是從人家(jiā)蛋糕裡🔴分一小(xiǎo)塊蛋糕。

西方發(fa)達國家隔幾年(nian)就有新領域的(de)應用發現，我們(men)卻沒有。我♌們缺(que)兩個條件，一是(shì)材料的應用服(fu)務跟不上，做材(cai)料的不思考怎(zen)麼把它用出去(qu)，隻想着賣出去(qù)，市場💋地位不高(gāo)；二是應用設計(jì)能力很差，未形(xing)成材料合理應(ying)用的主觀思維(wei)，跟随西方國家(jia)的腳步。中國需(xu)要有正向設計(ji)能力，中國的複(fú)合材料真正要(yao)做強🙇🏻，一定⛷️要會(hui)自己開拓市場(chang)。

《大國之材》：針對(dui)目前的碳纖維(wéi)濕紡和幹噴濕(shī)紡兩大産業化(huà)技術路線，您認(ren)為國内碳纖維(wéi)要實現低成本(běn)化應如何推進(jin)？

徐樑華：提速提(tí)束。一個是把速(sù)度提上來，一個(gè)把絲束提上去(qù)。

幹噴濕紡優點(diǎn)是走速度，但它(tā)的絲束不容易(yi)提上去。濕⛱️紡🔴紡(fǎng)絲的缺點是速(su)度慢，但它的優(yōu)點是可以把絲(sī)束提上去。這兩(liang)✌️個回歸到一個(ge)共性問題，就是(shì)生産效率的提(tí)高，這都是低成(chéng)本化的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻途徑。

工(gōng)業用碳纖維技(jì)術的發展，幹濕(shi)紡是途徑之一(yī)，但💁不📱是全📞部，大(da)👌絲束也是個途(tu)徑。現在從技術(shu)推進的話，兩♋條(tiao)腿都得走，一個(gè)是大絲束，一個(gè)是幹濕紡。

目前(qian)國内大絲束技(jì)術隻到48K，這方面(mian)下一步可能有(yǒu)兩個任務要進(jin)行：一個是大絲(si)束的紡絲和碳(tàn)化技術，從碳纖(xiān)🥰維制備和工藝(yì)角度來講，大絲(si)束比小絲束難(nán)，技術問題也需(xu)要慢慢的去突(tu)破🐅； 二是大絲束(shù)做複合材料，效(xiao)率高👄，但是成型(xing)過程中間👅也有(yǒu)些技術要突破(pò)。