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《大國(guó)之材》原創文章(zhāng)

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圖片：受訪人(ren)提供、圖蟲創意(yi)

在北京化工大(dà)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(bèi)内，這是對PAN原絲(si)進行碳化前的(de)預氧化處理。

《大(dà)國之材》第三集(ji)《碳纖維》攝制組(zǔ)前往拜訪時，滿(mǎn)頭🙇‍♀️銀發的徐🥰樑(liang)華正穿着白大(dà)褂，在這條原絲(si)碳化中試線上(shàng)認真指導學生(shēng)作業。

身兼國家(jia)碳纖維工程技(ji)術研究中心主(zhu)任、北化碳纖維(wei)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(zha)根碳纖維研究(jiu)領域已30多年，經(jing)曆了國産碳纖(xiān)維發展的一半(bàn)曆程。

在他看來(lái)，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(shì)有限的，我們應(ying)堅守本分，把碳(tan)纖維産業的基(jī)礎做好。”

01

打破固(gu)有思維重樹碳(tan)纖維國産化主(zhu)流工藝

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

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(jiū)，從聚合、紡絲到(dao)氧化、碳化再到(dào)應用在當時條(tiao)塊分割的框架(jià)📱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(yán)實力弱，缺乏先(xian)進技術的參考(kao)、借鑒，國内對碳(tan)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(wèi)能找到。

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

随着市場對碳(tàn)纖維需求的推(tui)動，國家和政府(fǔ)加大了對碳✏️纖(xiān)維研發的支持(chi)力度。“十五”期間(jian)在國家“863”項目推(tuī)動下，形成了北(bei)京化工大學、中(zhong)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(xué)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(dàn)定的心态才能(néng)做得出來” 。

上個(ge)世紀代表中國(guó)碳纖維水平的(de)是硝酸法技術(shù)，然而硝🔞酸法㊙️在(zài)國際上已經被(bèi)淘汰，現在代表(biǎo)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(ge)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(yi)👌，在🌈國内率先研(yán)發出二甲基亞(yà)砜溶液體系制(zhì)🤟備具有規整表(biao)截面結構碳纖(xiān)維原絲的國産(chǎn)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(ju)丙烯腈原絲的(de)質量完全符合(he)高強碳纖🌈維生(shēng)産的需要，國産(chan)碳纖維從此走(zǒu)上了從高強、高(gao)強中模、高模、高(gao)模高強有序發(fa)展的快速軌道(dào)。

徐樑華認為，重(zhong)新使用二甲基(jī)亞砜法路線不(bú)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(guó)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(xing)階段，那麼現在(zài)的碳纖維産業(ye)可謂處于升級(jí)階段。“接下來進(jin)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(zhǎn)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(gao)強高🧑🏽‍🤝‍🧑🏻模全覆蓋(gài)。

雖堅守碳纖維(wei)産業的基礎研(yan)究本分工作，徐(xu)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(qi)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(yan)發。兩者走的研(yan)究路線不一，山(shān)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(tan)纖維實現了關(guān)鍵技術突破，并(bing)應用到以光威(wei)為代表的碳纖(xiān)維企業中，這意(yi)味着國産高強(qiáng)碳纖維産業化(hua)技術空白被填(tián)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(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(gèng)加堅定，“國産碳(tàn)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(hui)碳纖維優勢 實(shi)現價值大化

中(zhong)國碳纖維産業(ye)邁入了快速發(fa)展的第二個階(jiē)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(lái)發展風口。

在此(ci)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(wéi)終端應用則高(gao)端應用與✍️低端(duan)❗應用并存。對于(yú)目前國産碳纖(xiān)維發展現狀有(you)什麼樣的⚽看法(fǎ)？徐樑華從企業(yè)定位和應用角(jiǎo)度給出了答案(an)。

以下是《大國之(zhi)材》整理的對話(huà)内容：

《大國之材(cái)》：國産碳纖維市(shì)場價格如何？

徐(xú)樑華：，碳纖維具(jù)有特殊的優異(yì)性能，一定要将(jiang)其性能用出來(lái)，它的價值才會(huì)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(dì)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(jiao)低，大家一直沒(mei)有考慮到它的(de)價值。

體現碳纖(xiān)維價值化的應(ying)用需要把應用(yòng)設計和應用服(fu)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(wei)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(wei)屬于“貴族”材料(liao)，是高價值的材(cai)料，一定🔴要用在(zai)該用的🐉地方。如(ru)航天航空及國(guó)民經濟領域中(zhōng)工業領域的一(yī)些高端裝備。

但(dàn)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(qí)價值。

《大國之材(cái)》：您如何看待碳(tan)纖維在風電、汽(qi)車、軌道交通上(shang)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(wéi)的天下了🎯。比方(fang)5兆、7兆、10兆等大容(rong)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(ji)要求增加。此時(shí)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(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(shi)場。目前，碳纖維(wei)在汽車上的應(yīng)用🎯處于驗證階(jie)段，并不十分成(chéng)熟。從全複合材(cai)料汽車到碳纖(xian)維加強車身，目(mù)前為止，我還是(shi)⛹🏻‍♀️認為🥵它是一種(zhong)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(bie)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(lì)潤水平本來不(bú)高，所以碳纖維(wéi)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(qì)車方面的應用(yong)是一種儲備技(jì)術，或者說是驗(yan)證性的應用。

不(bu)過，随着國家新(xin)能源汽車政策(cè)的推動，可能慢(man)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(dào)碳纖維的低成(chéng)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(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(tan)纖維的綜合優(yōu)勢🈚，把應用技✔️術(shu)發展起來。像現(xiàn)在碳纖維複合(he)材料替代金屬(shǔ)件這種模式，不(bu)是發展碳纖❗維(wei)複合材料在汽(qi)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(dì)方是⛹🏻‍♀️加♌固、局部(bu)加強、和輕量化(hua)，但是其軟肋是(shì)怕沖擊。我認為(wei)抗沖擊的任務(wù)，應由金屬承擔(dan)，如鋁合金等輕(qing)質金屬；加固方(fang)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(zhe)♻️條路。

軌道交通(tong)方面，輕量化，從(cong)技術層面上來(lái)講，是碳纖維非(fēi)常好的💋應用點(dian)。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(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(yā)力随之下降，從(cong)長遠來講，它效(xiào)益也是可以體(ti)現的。

總之，碳纖(xian)維因其特性，在(zài)裝備存在交互(hu)碰撞的領域使(shi)用并不很成功(gong)，而在不交互碰(pèng)撞領域的使用(yòng)🚩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(wei)應用市場，其實(shí)都是模仿西方(fang)國家。如此産生(shēng)一個弊端，别人(ren)的市場開拓出(chū)來以後，蛋糕已(yi)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(fā)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(shì)材料的應用服(fú)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(qu)㊙️，市場地位不🎯高(gao)；二是應用設計(jì)能力很差，未形(xíng)成材料合理應(ying)用的主觀思維(wéi)，跟随西方國家(jia)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(yào)🌈做強，一定要會(hui)自己開拓市場(chǎng)。

《大國之材》：針對(duì)目前的碳纖維(wei)濕紡和幹噴濕(shi)紡兩大産業化(hua)技術路線，您‼️認(ren)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(ti)束。一個是把速(sù)度提上來，一個(gè)把絲束提上去(qu)。

幹噴濕紡優點(dian)是走速度，但它(ta)的絲束不容易(yi)提上去。濕紡紡(fang)絲⚽的缺點是速(su)度慢，但它的優(you)點是可以把絲(si)束提上去。這兩(liang)個回歸到一個(gè)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(ji)術的發展，幹濕(shī)紡是途徑之一(yī)，但不是全部，大(dà)絲束也是個途(tú)徑。現在從技術(shu)推進的話，兩條(tiáo)腿都得走，一✏️個(gè)是大絲束，一個(gè)是幹濕紡。

目前(qián)國内大絲束技(jì)術隻到48K，這方面(miàn)下一步可能有(you)🚩兩個任務要進(jìn)行：一個是大絲(sī)束的紡絲和碳(tàn)化技術，從碳纖(xian)維制🤞備和工藝(yi)角度來講，大絲(si)束比小絲束難(nan)，技術問題也需(xū)要慢慢的去突(tu)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(po)。