新材料在線(xiàn)^®

《大國之材》原創文(wen)章

轉載請聯系微(wei)信：EILIG2014

圖片：受訪人提(ti)供、圖蟲創意

在北(běi)京化工大學碳纖(xian)維樓的二樓，一個(ge)長形的房間内機(jī)器轟♊鳴，一卷米白(bái)色的原絲緩緩地(dì)被抽入設備内，這(zhè)是對PAN原絲進行🧑🏽‍🤝‍🧑🏻碳(tàn)化前的預氧化處(chu)理。

《大國之材》第三(sān)集《碳纖維》攝制組(zu)前往拜訪時，滿頭(tou)銀發的🔞徐樑❤️華正(zhèng)穿着白大褂，在這(zhè)條原絲碳化中試(shì)線👄上認🈲真指⚽導學(xue)生作💁業。

身兼國家(jia)碳纖維工程技術(shu)研究中心主任、北(bei)化碳纖維及✊功能(néng)高分子教育部重(zhòng)點實驗室副主任(rèn)、碳纖維及複合材(cái)料研究所所長等(deng)職，徐樑華紮根碳(tàn)纖維研究領域♌已(yi)30多年💯，經曆了國産(chǎn)碳纖維發展的一(yi)半曆程。

在他看來(lai)，高校應該堅守基(jī)礎研究、應用基礎(chu)及前⛷️瞻性🈲工作的(de)定位。“一個人的精(jing)力是有限的，我們(men)應堅守本分，把碳(tan)纖維産業的基礎(chu)做好。”

01

打破固有思(sī)維重樹碳纖維國(guo)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(jīng)曆了艱難的階段(duàn)，材料界從對其認(rèn)知到科研力量皆(jiē)為欠缺。

當時的碳(tan)纖維研發并未作(zuò)為大協同的技術(shu)體系🌈展開研♻️究，從(cóng)聚合、紡絲到氧化(hua)、碳化再到應用在(zai)當時條塊分割的(de)框架之下😘無法形(xing)成協調。

國民經濟(jì)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(cān)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(zhí)處于徘徊階段。

随(suí)着市場對碳纖維(wei)需求的推動，國家(jiā)和政府加大了對(dui)🛀碳💃纖維研發的支(zhī)持力度。“十五”期間(jian)在國家“863”項目推動(dòng)下，形成了北京化(hua)工大學、中科院山(shān)西煤化所、山東大(da)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(shi)命⚽重大，感歎不容(róng)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(fǎ)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(fa)。當時國内已擁有(yǒu)二甲基亞砜技術(shù)，但是由于固有思(sī)維未突破🈲被擱置(zhì)。

徐樑華團隊

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

按此工藝生産(chǎn)的聚丙烯腈原絲(sī)的質量完全符合(hé)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(gao)模、高💰模高強有序(xù)發展的快速軌道(dào)。

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

02

沖出(chū)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(ji)階段。“接下來進入(rù)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(xú)樑華團隊卻♉不❓忘(wang)創新。徐樑華認為(wéi)，國産碳纖維材料(liào)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(jiān)，北京化工大學和(hé)山西煤化所分别(bié)展開了T700級碳纖維(wéi)的研發。兩者走的(de)研究路線不一，山(shan)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(guo)産T700級高強碳纖維(wei)的技術方向并🔱得(dé)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(tu)破，并應用到🤩以光(guāng)威為代表的碳纖(xiān)維企業中，這意味(wèi)着國産高強💞碳纖(xian)維産😍業化技術空(kōng)白被填補上了。“這(zhè)個原始創新是我(wǒ)們獨有的，連日本(běn)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(tàn)纖維發展到現在(zai)，我們可以不對标(biāo)國外，做☂️自己的技(jì)🍉術”。

03

發揮碳纖維優(you)勢 實現價值大化(hua)

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(yíng)來發展風口。

在此(ci)過程中，原絲生産(chan)技術、碳化生産技(jì)術及對應生✂️産設(she)備均不斷發展完(wán)善，而下遊的碳纖(xiān)維終端應用⁉️則高(gāo)端應用與低端應(ying)用并存。對于目前(qián)國産碳纖維發展(zhan)現🧡狀有什麼樣的(de)看法？徐樑華從企(qǐ)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(dà)國之材》：國産碳纖(xiān)維市場價格如何(hé)？

徐樑華：，碳纖維具(jù)有特殊的優異性(xìng)能，一定要将其性(xìng)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(dé)把它賣出去就行(háng)了。所以國内碳纖(xian)維的銷售價一直(zhi)較低，大家一直沒(méi)有考慮到它的價(jià)值。

體現碳纖維價(jià)值化的應用需要(yào)把應用設計和應(ying)用服務這兩個方(fāng)面做好，其高價值(zhí)化應用就體現出(chū)來了。

碳纖維不能(neng)跟玻璃纖維等去(qu)競争市場，否則價(jià)值🔞無法體現📐。碳纖(xian)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(háng)空及國民經濟🐕領(ling)域中工業領域的(de)一🤞些高端裝備。

但(dàn)凡嫌碳纖維貴的(de)應用領域，就不該(gai)去考慮，如此體現(xian)不出其價值。

《大國(guo)之材》：您如何看待(dài)碳纖維在風電、汽(qi)車、軌道交通上的(de)應用？

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

假如風電葉(ye)片容量要求變大(da)了，就是碳纖維的(de)天下了。比😍方5兆、7兆(zhao)、10兆等大容量的風(feng)電葉片，需要将葉(yè)片做大，或者葉片(piàn)的📧單位兜風面積(ji)要求增加。此時玻(bō)璃纖維因比重較(jiao)大、剛度不夠的限(xian)制，就無法滿😘足了(le)，而碳纖維在這兩(liang)方面是強項。

所以(yi)海洋風電，或者大(da)瓦數大功率風電(dian)葉片，一定要用碳(tan)⁉️纖維，其價值就能(néng)體現出來。

汽車是(shi)碳纖維的潛在市(shì)場。目前，碳纖維在(zai)汽車上🥵的應🌐用處(chu)🔞于驗證階段，并不(bu)十分成熟。從全複(fu)合材料汽車到碳(tan)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(qi)車領域的應用範(fan)圍和方法，到現在(zài)為止未出現特👉别(bié)成熟的結論。此外(wài)中國沒有特别高(gāo)端的乘用♍車，汽車(chē)廠💯家利潤水平本(ben)來不高，所以碳纖(xiān)維複合材料在中(zhōng)國市場上🌈的應用(yòng)🌈難度可能會更大(dà)一些👌。我認為碳纖(xiān)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(yuán)汽車政策的推動(dong)，可能慢慢🛀🏻地會推(tui)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(huà)方面，碳纖維的成(chéng)本有🛀🏻一個理論目(mù)标，如果碳纖維企(qi)業無法盈利，整個(gè)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(zōng)合優🤩勢，把應用技(ji)術發展起來。像現(xiàn)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(liao)在汽車上應用技(jì)術的正确的方向(xiàng)。

碳纖維在汽車上(shang)的應用能發揮其(qi)價值的地方是加(jiā)🏃‍♀️固、局部加強、和輕(qing)量化，但是其軟肋(lei)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(tan)纖維承擔，兩者結(jié)合起來，現在像寶(bǎo)馬，也是走的這條(tiáo)路。

軌道交通方面(mian)，輕量化，從技術層(céng)面上來講，是碳纖(xian)維非常😘好🔱的🔴應用(yòng)點。比如高鐵，需要(yao)用電驅動；而現在(zai)電網建設跟不上(shàng)高鐵的發展需要(yao)，特别是有些地方(fāng)，因✉️為電網不完善(shàn)，高鐵沒法通過🍓去(qu)。高鐵的輕🐇量化，是(shi)解決高鐵耗電非(fēi)常理想的途徑之(zhī)一。此外，随着耗電(dian)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(qí)特性，在裝備存在(zai)交互碰撞的領域(yu)📞使用并🍓不很成功(gong)，而在不交互碰撞(zhuang)領域的使用很成(chéng)功。

《大國之材》：在您(nin)看來，國内碳纖維(wei)應用的出路在哪(nǎ)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(tuo)出來以後，蛋糕☔已(yǐ)經畫好了，我們僅(jǐn)僅是從人家蛋糕(gāo)裡✊分一小塊蛋糕(gāo)。

西方發達國家隔(ge)幾年就有新領域(yu)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(bú)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(liào)合理應用的主觀(guan)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(zhēn)對目前的碳纖維(wéi)濕紡和幹噴濕紡(fang)兩大産業化技術(shù)路線，您☂️認為國内(nei)碳纖維要實現低(dī)成本化應如何推(tuī)進？

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

幹噴濕(shī)紡優點是走速度(du)，但它的絲束不容(róng)易提上去。濕紡紡(fǎng)絲🔞的缺點是速度(du)慢，但它的優點是(shi)可以把絲束提上(shàng)去。這兩個回歸到(dào)一個共性問題，就(jiu)是生産效率的提(tí)高，這都💜是低成本(běn)化的途徑。

工業用(yòng)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(tuī)進的話，兩條腿都(dōu)得走，一個是大絲(sī)束，一個是幹濕紡(fǎng)。

目前國内大絲束(shu)技術隻到48K，這方面(mian)下一步可能有兩(liang)🚶‍♀️個任務要進行：一(yī)個是大絲束的紡(fang)絲和碳化技術，從(cong)碳纖維制備和工(gong)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(shì)大絲束做複合材(cai)料，效率高，但是成(chéng)型過程中間💞也有(you)些技術要突破。