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碳纖維40年：國際封鎖下的艱難攻關

2018-08-29 12:22:16 作者：本網整理來源：材料十分享至：

2000年前后，一方面，國際封鎖嚴酷，碳纖維奇缺；另一方面，國產碳纖維的性能不穩定，無法滿足軍方要求。在這種情況下，戰略科學家、兩院院士師昌緒先生提出要自主發展碳纖維。

曾經從事碳纖維管理工作的李克健撰文回憶那段歷史：2001年1月，師昌緒先生給江澤民主席寫了關于加速開發高性能碳纖維的請示報告，報告批轉到了國家計委和科技部等部門。此舉產生較大反響，對以后的經費落實起到了決定性影響。

2002年，科技部設立國家863計劃的碳纖維關鍵技術專項304專項，撥款1億元，集中資源、瞄準技術關鍵開展集約攻關。業內人士普遍認為，如果沒有國家大力支持，碳纖維技術發展不了這么快。

當時的形勢很嚴峻。為了盡快做出碳纖維，科技部在設立研發項目的同時，成立了測試專家組，每3個月到攻關單位現場抽樣一次，送第三方檢驗進行盲測盲評。科技部設立信息搜集專項課題，收集匯總全世界的碳纖維及原絲相關知識產權信息，給碳纖維及其原絲研發提供了強有力的支撐。朱波回憶說。

在原化學工業部和科技部立項支持下，北京化工大學于2000年突破了二甲基亞砜法原絲工藝。當時我們在實驗室階段，突破了一個與東麗公司類似的技術，盡管工藝有些粗糙，但增強了我們的信心。后來吉林石化以此為依據開始了工程化技術研究，原來的硝酸法被二甲基亞砜法替代了。徐梁華回憶說。

其實，科研人員很清楚，實驗室階段離產業化還有很長的距離。在采訪過程中，幾位專家都不約而同地提到了科工委的一條龍項目管理流程發揮了重要作用。2005年，國防科工委（現為國家國防科技工業局）提出把碳纖維研究從技術推動變成需求牽引的一條龍項目管理流程。徐梁華向記者解釋，這促使碳纖維人轉變了思維和理念。研制生產碳纖維是為了某種領域應用而服務的，碳纖維人應該站在應用的角度審視碳纖維的制備，這對碳纖維的發展起到了至關重要的作用。碳纖維技術研發一條龍模式的示范意義很大，以后國內關鍵材料的發展都采用了這一模式。

碳纖維做的二輪車

從2000年到2005年是碳纖維打基礎的階段。一方面，繼續高性能化的技術研發，突破了碳纖維T700的制備工藝，同時關注碳纖維的工程化技術研究。2005年，碳纖維T300率先完成了工程化條件建設和基本工藝突破，應用牽引的一條龍研究模式得以有條件實施。到2008年，宇航級的碳纖維T300實現了國產化保障。這也意味著，國產碳纖維在特定領域的應用可以替代進口了。

2009年，國內很多單位都上線了碳纖維。當年有20多家企業具備碳纖維T300系列的生產能力。但是日本采取了降價傾銷策略，碳纖維T300開始大幅降價，對我國碳纖維企業造成了嚴重的打擊。

日本東麗公司于1969年實現了T300碳纖維的規模化生產，1986年實現了T1000碳纖維的產業化生產，一線科研專家清楚地知道我們與國外的差距。國家多個部委從十五到十二五連續設立專項支持碳纖維發展，我國碳纖維研究人員和企業家不負眾望，在國家總體投資不大的前提下，光威拓展、中復神鷹、丹陽恒神、吉林碳谷等幾家基礎條件好的企業實現了通用碳纖維的規模化生產。朱波這樣告訴記者。

幾捆碳纖維

2015年以后，國家相關專項已從碳纖維關鍵技術專項更名為高性能纖維及復合材料重點專項，將碳纖維產業鏈進行延伸。直到現在，我國仍將高性能碳纖維視為重點發展的新材料。

從總體來看，碳纖維行業的基礎建立在計劃經濟時代。正是由于國家意志和財政資金的支持，以及民營資本的介入，才共同支撐起碳纖維行業的發展。

攻關仍在路上

從碳纖維的發展歷程來看，我們發現國家的引導和總體戰略部署對碳纖維行業的發展起到至關重要的作用。同時，立足自主研發是永遠不變的主題。

在十五期間， “863”碳纖維項目的驗收十分嚴苛。當時有3個單位承擔課題攻關，科技部專門成立測試組。在測試時，由第一撥測試小組人員直接到現場取樣，多家取樣、標記編號之后，徹底打亂次序，統一由第二撥人員送到指定的檢測單位。在送檢的樣品中，再混上日本的碳纖維，同樣打亂編號，統一檢測后，再根據測試號對出是哪家單位的原絲和碳纖維，最后才公布結果。到現在來看，這種競爭模式，讓碳纖維的研發基礎打得很牢固。朱波回憶說。

在碳纖維發展過程中，最值得稱頌與弘揚的是科研人員的拼搏精神。他們沒日沒夜地加油干。教授、專家與工程人員、技術人員到一線干活。高校、研究機構、企業聯動，如同一家人一樣共同申請課題搞科研。大家始終撇開個人利益，秉持國家情懷，將技術和產業化攻關放在首位。而這些都是碳纖維成功的寶貴經驗。

碳纖維框眼鏡

然而，我們仍要看到國產碳纖維與國外的差距。如果與日本對標，目前國產碳纖維在核心技術、產業化水平的穩定性上仍與國外有不小的差距。尤其是我們還不能生產高強高模系列碳纖維。核心配方、核心裝備、核心工藝、核心輔料等方面均是制約因素。舉例來說，制備高強高模碳纖維需要石墨化爐，石墨化爐溫度要達到2800°以上，但國內受爐體原材料限制導致高溫裝備性能不穩定，而且這些材料國外對我們是禁運的。未來，高性能碳纖維的攻關仍要突破諸多難題，也需要國家持續的支持。

現在我們已經生產出能用的碳纖維了，下一步，我們要向好用和用得起的碳纖維突破。徐梁華憧憬地告訴記者未來碳纖維行業的努力方向。

警惕碳纖維熱

全國性的碳纖維熱是不少科研人員擔憂的事情。早在2005年前后，碳纖維的研發進展引發了全國性的碳纖維熱，企業盲目重復投資建設了一批碳纖維生產線。日本碳纖維降價后，一些小企業因競爭力不足，備受打擊。近兩年，碳纖維又慢慢熱起來，行業專家不免擔憂碳纖維熱會重蹈覆轍。

2017年，浙江泰先新材料股份有限公司向法院申請破產。2018年，沈陽中恒也宣布破產。據徐梁華分析，這兩家碳纖維企業破產的原因在于產業規模和資金實力不足。碳纖維是一個運營周期很長的行業。起初不少企業建廠瞄準了軍用需求。但是國防軍用的需求十分有限。目前中國有二十五六家碳纖維企業。相比之下，美國有2家，日本有3家。中國需要未來有效產能達到萬噸的企業，3-5家碳纖維企業就夠了。畢竟碳纖維是小眾產品，市場需求并不大。

對于近期碳纖維熱，工信部賽迪智庫原材料工業研究所副所長曾昆告訴《經濟》記者，這對行業產生的影響主要體現在以下三方面：一是導致資本等社會資源大量涌向碳纖維產業，容易造成低端產品過剩。二是短期投資熱容易造成行業過度競爭。資本競相流向碳纖維市場必然引起行業短期競爭加劇，國內碳纖維企業既要面對國外企業的價格打壓，又要和國內行業進行價格戰，企業盈利空間進一步被擠壓。三是投機資本可能會引起產業的波動。碳纖維產業投資周期長，需要資本長期支持。而短期資本的投機性質，大進大出容易影響產業可持續發展。因此，我們不能忽視碳纖維熱對產業長期發展的影響。

繼往開來加油干

在40年后的今天，碳纖維行業如何更上一層樓？眾多專家給出4點建議：一是，提高應用設計能力。由于碳纖維復合材料較為特殊，我們還需要提高設計能力和原創能力，而不是習慣性地跟風國外的應用。同時，我們要加強在前沿性拓展的布局，高質量和低成本地發展碳纖維。

二是，培養跨界人才。數學、物理學是從事非金屬材料應用研究的重要基礎。如何增強人才隊伍的數理水平，徐梁華建議，組織跨學科的團隊。譬如，將數理很強的材料力學設計的人才與材料界的人才快速融合，或許是突破材料應用設計瓶頸的有效方法。

三是，打破同質化競爭。目前國內碳纖維企業用同一種碳纖維制備工藝，80%的企業采用DMSO（二甲基亞砜）的工藝，而日本3家公司則采用3種不同的工藝。為了避免同種工藝路線受到局限，提高抵抗風險能力和差異化能力，我們需要創新制備工藝。

四是，建立碳纖維行業共享數據庫。2016年12月30日，四部委聯合發布《新材料產業發展指南》，提出兩化融合，目的是促進信息技術與新材料融合發展。不過，碳纖維材料的規格型號繁多，不僅有纖維絲束大小之分、性能高低不同，還存在不同的紡絲工藝、有不同的表面上漿劑；應用環節涉及不同的纖維制品形式、不同的樹脂體系、不同的成型工藝和不同的構件設計等。如果說T300級碳纖維復合材料像一棵樹冠繁盛的數據樹，那么，碳纖維所有的數據就像一片森林。

山東大學碳纖維中心已經在建數據庫系統了，相關領域智能制造工程也在實施中。朱波告訴記者，碳纖維生產工藝很復雜，利用大數據、人工智能技術可預測高性能碳纖維研究方向。同時，碳纖維智能制造，對碳纖維批量化生產，提高質量穩定性和降低碳纖維生產成本意義重大。

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責任編輯：韓鑫）

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