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《大國(guo)之材》原創文章(zhang)

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圖片：受訪人(ren)提供、圖蟲創意(yi)

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

《大(da)國之材》第三集(ji)《碳纖維》攝制組(zu)前往拜訪時，滿(mǎn)頭銀發的徐樑(liang)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(shēng)作業。

身兼國家(jia)碳纖維工程技(jì)術研究中心主(zhu)任、北化碳🏃纖㊙️維(wéi)及功👅能💃高分子(zi)教育部重點實(shí)驗室副主任、碳(tàn)纖維🏒及複合材(cái)料研♍究所所長(zhang)等職，徐樑華紮(zhā)根碳纖維研🥵究(jiū)領域已30多年，經(jīng)曆了國産碳纖(xiān)維發展的一半(ban)曆程。

在他看來(lai)，高校應該堅守(shǒu)基礎研究、應用(yòng)基礎及前瞻性(xìng)工作的🐪定位。“一(yi)個人的精力是(shi)有限的，我們應(ying)堅守本分，把碳(tàn)纖維産業的基(jī)礎做好。”

01

打破固(gu)有思維重樹碳(tàn)纖維國産化主(zhǔ)流工藝

從20世紀(ji)60年代末到80年代(dai)，國産碳纖維經(jing)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(quē)。

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

國民經濟(jì)水平亦相對較(jiào)低，與碳纖維的(de)研發投入🐕需求(qiú)并不匹配。科研(yán)實力弱，缺乏先(xiān)進技術的參考(kǎo)、借鑒🌈，國内對碳(tàn)纖維的認知水(shuǐ)平并不高。

關鍵(jian)的原因是，國産(chǎn)化主流技術未(wei)能找到。

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

随着市場對碳(tàn)纖維需求的推(tui)動，國家和政府(fu)加大了對碳纖(xiān)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(bei)💔京化工大學、中(zhōng)科院山西煤化(hua)所、山東大學為(wéi)主要力量的三(san)👌個相對集中的(de)研發基地。

從事(shi)高性能聚丙烯(xi)腈（PAN）碳纖維科學(xue)技術研究，徐樑(liáng)華深感使命重(zhòng)大，感歎不容易(yì)，“它需要有很淡(dan)定的心态才能(neng)做得出來” 。

上個(ge)世紀代表中國(guo)碳纖維水平的(de)是硝酸法技術(shu)☂️，然而硝酸法在(zai)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(dàn)是由于固有思(sī)維✉️未突破被擱(gē)置。

徐樑華團隊(dui)

徐樑華率領團(tuán)隊，基于PAN/DMSO間歇溶(rong)液聚合、一步法(fa)濕法🛀🏻紡絲工藝(yì)，在國内率先研(yán)發出二甲基亞(yà)砜溶液體系制(zhi)備具👨‍❤️‍👨有規整表(biǎo)截面結構碳纖(xian)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(guó)産化發展中的(de)主體地位。

按此(ci)工藝生産的聚(jù)丙烯腈原絲的(de)質量完全符合(hé)♊高強碳㊙️纖維生(shēng)産的需要，國産(chǎn)碳纖維從此走(zǒu)上了💋從高強、高(gāo)強中模、高模、高(gao)模高強有序發(fā)展的快速♋軌道(dao)。

徐樑華認為，重(zhòng)新使用二甲基(jī)亞砜法路線不(bu)僅僅是技術的(de)轉型，更是理念(nian)的轉型。

02

沖出對(duì)标困局實現國(guo)産技術自主創(chuàng)新

如果說本世(shi)紀初的碳纖維(wei)技術處于轉型(xíng)階段，那麼現在(zai)的碳纖維産業(yè)可謂處于升級(jí)階段。“接下來進(jìn)入碳纖維的産(chan)業化建設。”徐樑(liáng)華說。

國産碳纖(xian)維近20年的發展(zhǎn)速度遠超前30年(nián)的發展速🤟度，産(chǎn)業化💃🏻成果累累(lei)。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(bú)🈲忘創新。徐樑華(hua)認為，國産碳纖(xian)維材料應實現(xian)自主創新，避⭐免(miǎn)跟着國外💋的發(fā)展步伐走對标(biao)式的路。

“十五”期(qī)間，北京化工大(dà)學和山西煤化(huà)所分别展開了(le)T700級碳☎️纖維的研(yán)發。兩者走的研(yán)究路線不一，山(shan)西煤化所走的(de)是幹噴濕紡路(lù)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(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(guān)鍵技術突破，并(bìng)應用到以光威(wei)為代表的碳纖(xian)維企業中，這意(yì)✔️味着國産高強(qiáng)碳纖維産業化(huà)技術空白被填(tian)補上了。“這個原(yuan)始創⛷️新是我們(men)獨有🍉的，連日本(ben)都沒有”。

實現國(guo)産碳纖維技術(shu)自主創新，無疑(yí)讓徐樑華團🔴隊(dui)推動碳❤️纖維國(guó)産化的信念更(geng)加堅定，“國産碳(tan)纖維發展到現(xian)在，我們可以不(bú)對标國外，做👌自(zi)己的技術”。

03

發揮(hui)碳纖維優勢 實(shí)現價值大化

中(zhong)國碳纖維産業(ye)邁入了快速發(fā)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(zhan)，“黑色黃金”迎來(lai)發展風口。

在此(ci)過程中，原絲生(sheng)産技術、碳化生(sheng)産技術及對應(ying)🌈生📧産✊設備均不(bú)斷發展完善，而(ér)下遊的碳纖維(wéi)終端🍉應用則高(gāo)端應用與低端(duān)應用并存。對于(yu)目前國産💘碳纖(xian)維發展現狀有(you)什麼樣的🐕看法(fa)？徐樑華從企業(ye)定位和應用角(jiǎo)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(cai)》：國産碳纖維市(shi)場價格如何？

徐(xú)樑華：，碳纖維具(ju)有特殊的優異(yi)性能，一定要将(jiang)其性能用出來(lái)❄️，它的價值才會(hui)體現出來。第二(er)，現在碳纖維的(de)産業🐇發展有一(yi)個現象，盲目地(di)擴大産能，大家(jiā)覺得把它賣出(chu)去就行了。所以(yǐ)國内碳纖維的(de)銷售價一直較(jiào)低，大家一直沒(méi)有考慮到它的(de)價值。

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

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

但(dan)凡嫌碳纖維貴(guì)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(chang)。

假如風電葉片(pian)容量要求變大(dà)了，就是碳纖維(wei)的天🐕下了。比♋方(fang)5兆、7兆、10兆等大容(rong)量的風電葉片(pian)，需要将葉片做(zuò)大，或者葉片的(de)單位🧑🏽‍🤝‍🧑🏻兜風面積(ji)要求增加。此時(shí)玻璃纖維因比(bi)重較大、剛度不(bu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻夠的限制，就無(wú)法滿足了，而碳(tàn)👈纖維在這兩方(fāng)面是🍉強項。

所以(yǐ)海洋風電，或者(zhe)大瓦數大功率(lü)風電葉片，一定(ding)要用碳纖💛維，其(qi)價值就能體現(xian)出來。

汽車是碳(tan)纖維的潛在市(shì)場。目前，碳纖維(wei)在汽車上的應(ying)用處于驗證階(jie)段，并不十分成(cheng)熟。從全複合材(cái)料汽車到碳纖(xian)維加強車身，目(mu)前為止，我還是(shi)認為它是一種(zhǒng)技術驗證。

碳纖(xiān)維在汽車領域(yù)的應用範圍和(he)方法，到現在為(wéi)💁止❤️未出現特别(bié)成熟的結論。此(ci)外中國沒有特(tè)别高端的🤟乘用(yong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼車，汽✨車廠家利(li)💯潤水平本來不(bu)高，所以碳纖維(wéi)複合材料在中(zhong)國市場上的應(ying)用難度可能會(huì)更大一些。我認(rèn)為碳纖維在汽(qi)㊙️車方面的應用(yòng)是一‼️種儲備技(jì)術，或者說是驗(yan)證性的應用。

不(bú)過，随着國家新(xīn)能源汽車政策(cè)的推動，可能慢(màn)慢地會推進這(zhè)方面的應用。但(dàn)是不能把應用(yong)壓力都轉移到(dao)碳纖維的低成(cheng)本化方面，碳纖(xian)維的成本有一(yī)個理論目标，如(rú)果碳纖維企業(ye)無法盈利，整個(gè)行業就将不可(kě)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(you)勢，把應用😍技術(shù)發展起來。像現(xian)在碳纖維複合(he)材料替代金屬(shǔ)件這種模式，不(bú)是發展🧑🏾‍🤝‍🧑🏼碳纖👅維(wei)複♻️合材料在汽(qi)車上應用技術(shù)的正确的方向(xiàng)。

碳纖維在汽車(che)上的應用能發(fa)揮其價值的地(di)方是加固、局部(bù)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(wu)，應由🤞金屬承擔(dan)，如鋁合金等輕(qing)質金屬；加固方(fāng)面則由碳纖維(wei)🌈承擔，兩者結合(he)✌️起來，現在像寶(bao)馬，也是走的這(zhe)條路。

軌道交通(tong)方面，輕量化，從(cóng)技術層面上來(lai)講，是碳纖㊙️維🔞非(fēi)👣常好🏃的應用點(diǎn)。比如高鐵，需要(yào)用電驅動；而現(xiàn)在電網建設跟(gēn)不上🔞高鐵的發(fā)展需要，特别是(shì)有些地方，因為(wei)電網🐕不完善，高(gāo)鐵沒🌐法通過去(qu)。高鐵的輕量化(hua)，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(qiú)下降，電網的壓(ya)力随之下降，從(cóng)長遠來講，它效(xiao)益也是可以體(ti)現的。

總之，碳纖(xian)維因其特性，在(zai)裝備存在交互(hu)碰撞的領域使(shǐ)用⛹🏻‍♀️并不很成功(gōng)，而在不交互碰(peng)撞領域的使用(yòng)很成📐功。

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

徐樑華：據我總(zǒng)結，中國碳纖維(wei)應用市場，其實(shi)都是模仿西方(fang)國家。如此産生(shēng)一個弊端，别人(rén)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(jia)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(quē)兩個條件，一是(shi)材料的應用服(fú)務跟不上，做材(cái)料的不思考怎(zěn)麼把它用出去(qu)，隻想着賣出去(qu)，市場🈲地🚶‍♀️位不🚶高(gao)；二是應用設計(ji)能力很差，未形(xíng)成材料合理應(yīng)用的主觀思維(wéi)，跟随西方國家(jiā)的✔️腳🧡步。中🈲國需(xu)要有正向設計(jì)能力，中國的複(fu)合材料真🈲正要(yao)做強，一定要會(huì)自己開拓市場(chǎng)。

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

徐樑華：提速提(tí)束。一個是把速(sù)度提上來，一個(ge)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(sù)度慢，但它的優(yōu)點是可以把絲(si)束提上去。這兩(liǎng)個回😍歸到一個(gè)共性問題，就是(shi)生産效率的提(ti)🚶高，這都是低成(cheng)本化的途徑。

工(gong)業用碳纖維技(jì)術的發展，幹濕(shī)紡是途徑之一(yī)，但✂️不是全部，大(da)絲束也是個途(tú)徑。現在從技術(shù)推進的話，兩條(tiáo)腿都得走，一🤟個(gè)是大絲束，一個(ge)是幹濕紡。

目前(qian)國内大絲束技(ji)術隻到48K，這方面(mian)下一步可能有(you)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(yi)角度來講，大絲(sī)束比小絲束難(nan)，技術問題也需(xu)要慢慢的去突(tū)破； 二是大絲束(shu)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)。