新(xin)材料在(zài)線^®

《大國(guó)之材》原(yuan)創文章(zhāng)

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圖片(piàn)：受訪人(ren)提供、圖(tú)蟲創意(yì)

在北京(jing)化工大(da)學碳纖(xian)維樓的(de)二樓，一(yi)個長形(xíng)的房間(jiān)🔴内機器(qì)轟鳴，一(yi)卷米白(bai)色的原(yuan)絲緩緩(huan)地被抽(chou)入設備(bei)内，這是(shi)對PAN原絲(sī)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻進行碳(tàn)化前的(de)預氧化(hua)處理。

《大(dà)國之材(cái)》第三集(jí)《碳纖維(wéi)》攝制組(zǔ)前往拜(bai)訪時，滿(man)頭銀發(fa)的徐㊙️樑(liáng)華正穿(chuan)着白大(da)褂，在這(zhè)條原絲(sī)碳化中(zhong)試線上(shang)認真指(zhǐ)✍️導學生(sheng)作📧業。

身(shen)兼國家(jiā)碳纖維(wéi)工程技(ji)術研究(jiū)中心主(zhǔ)任、北化(huà)碳🔴纖維(wei)及功能(neng)☂️高分子(zi)教育部(bu)重點實(shí)驗室副(fù)主任、碳(tàn)纖維及(jí)複合材(cái)料研究(jiū)所所長(zhang)等職，徐(xu)樑華紮(zha)根碳纖(xian)維研究(jiū)領域已(yi)30多年，經(jīng)曆了❄️國(guo)産碳纖(xian)維發展(zhǎn)的一半(ban)曆程。

在(zài)他看來(lai)，高校應(yīng)該堅守(shou)基礎研(yán)究、應用(yòng)基礎及(jí)前瞻‼️性(xing)🈲工作✂️的(de)定位。“一(yī)個人的(de)精力是(shi)有限的(de)，我們應(ying)堅守本(ben)分，把碳(tàn)纖🌈維産(chan)業的🚩基(ji)礎做好(hao)。”

01

打破固(gù)有思維(wéi)重樹碳(tan)纖維國(guó)産化主(zhǔ)流工藝(yì)

從20世紀(jì)60年代末(mò)到80年代(dài)，國産碳(tàn)纖維經(jing)曆了艱(jian)難的階(jie)段🧡，材料(liào)界從對(dui)其認知(zhi)到科研(yán)力量皆(jie)為欠缺(que)。

當時的(de)碳纖維(wéi)研發并(bìng)未作為(wéi)大協同(tong)的技術(shù)體系🛀🏻展(zhǎn)⭐開研♉究(jiū)，從聚合(he)、紡絲到(dao)氧化、碳(tan)化再到(dao)應用在(zài)當時條(tiao)塊分割(ge)的框架(jià)之下無(wú)法形成(cheng)協調。

國(guo)民經濟(jì)水平亦(yì)相對較(jiao)低，與碳(tan)纖維的(de)研發投(tou)入需求(qiu)并不匹(pi)配。科研(yán)實力弱(ruò)，缺乏先(xiān)進技術(shù)的參考(kao)、借鑒，國(guó)内對碳(tan)纖維的(de)認知水(shuǐ)平并不(bu)高。

關鍵(jiàn)的原因(yīn)是，國産(chǎn)化主流(liú)技術未(wei)能找到(dao)。

因此，2000年(nian)以前，中(zhong)國的碳(tan)纖維探(tan)索一直(zhi)處于徘(pái)徊階段(duàn)。

随着市(shi)場對碳(tàn)纖維需(xū)求的推(tuī)動，國家(jiā)和政府(fǔ)加大了(le)對碳纖(xiān)維研發(fa)的支持(chi)力度。“十(shí)五”期間(jian)在國家(jiā)“863”項目推(tuī)動下，形(xing)成了北(bei)京化工(gong)大學、中(zhōng)科院山(shān)西煤化(huà)👉所、山東(dong)大學為(wei)主要力(li)量的三(san)🐅個相對(dui)集中的(de)研發基(jī)地。

從事(shì)高性能(neng)聚丙烯(xī)腈（PAN）碳纖(xiān)維科學(xué)技術研(yan)究，徐樑(liáng)華深感(gǎn)使命重(zhong)大，感歎(tan)不容易(yì)，“它需要(yao)有很淡(dàn)定的心(xin)态❗才能(néng)做得出(chu)來” 。

上個(gè)世紀代(dài)表中國(guó)碳纖維(wéi)水平的(de)是硝酸(suan)法技術(shu)，然🥰而硝(xiāo)酸法在(zài)國際上(shàng)已經被(bei)淘汰，現(xiàn)在代表(biao)中國🙇‍♀️碳(tàn)纖維水(shuǐ)🚶平的是(shi)二甲基(jī)🌂亞砜法(fǎ)。當時國(guo)内已擁(yōng)有二甲(jiǎ)基亞砜(feng)技術，但(dàn)是由于(yu)固有♻️思(sī)維未突(tū)破🧡被擱(ge)置。

徐樑(liang)華團隊(duì)

徐樑華(huá)率領團(tuan)隊，基于(yu)PAN/DMSO間歇溶(rong)液聚合(hé)、一步法(fa)濕法🆚紡(fang)絲工藝(yi)，在國内(nèi)率先研(yan)發出二(èr)甲基亞(yà)砜溶液(yè)體系制(zhì)備具有(yǒu)規整表(biǎo)截面🧡結(jié)構碳纖(xian)維原絲(sī)的國産(chǎn)㊙️化技術(shu)，重新确(que)立了二(er)甲基亞(ya)砜原絲(sī)工藝路(lù)線在碳(tan)纖維國(guo)産化發(fā)展中的(de)主體地(dì)位。

按此(ci)工藝生(sheng)産的聚(jù)丙烯腈(jing)原絲的(de)質量完(wán)全符合(he)高強🏃‍♂️碳(tàn)⭐纖維生(shēng)産的需(xu)要，國産(chǎn)碳纖維(wéi)從此走(zou)上了從(cong)高強、高(gāo)強中模(mó)、高🎯模、高(gāo)模高強(qiang)有序發(fa)展的快(kuài)速軌道(dào)。

徐樑華(huá)認為，重(zhòng)新使用(yong)二甲基(ji)亞砜法(fa)路線不(bú)僅僅是(shi)技術的(de)🤩轉型，更(geng)是理念(nian)的轉型(xíng)。

02

沖出對(dui)标困局(ju)實現國(guó)産技術(shù)自主創(chuang)新

如果(guo)說本世(shi)紀初的(de)碳纖維(wei)技術處(chù)于轉型(xíng)階段，那(nà)麼現在(zai)的碳纖(xian)維産業(ye)可謂處(chù)于升級(jí)階段。“接(jie)下來進(jin)入碳纖(xian)維的産(chan)業化建(jiàn)設。”徐樑(liáng)華說。

國(guó)産碳纖(xiān)維近20年(nian)的發展(zhan)速度遠(yuan)超前30年(nian)的發展(zhan)速🐪度，産(chǎn)業化成(chéng)👅果累累(lèi)。技術方(fang)面，從當(dang)時的T300到(dào)現在高(gāo)強高模(mo)全覆蓋(gài)。

雖堅守(shǒu)碳纖維(wei)産業的(de)基礎研(yán)究本分(fen)工作，徐(xu)樑華團(tuán)隊卻不(bu)忘創新(xīn)。徐樑華(hua)認為，國(guó)産碳纖(xian)維材料(liao)應實現(xian)自主創(chuàng)新，避免(mian)跟着國(guó)㊙️外的發(fa)展步伐(fá)走對标(biao)式的路(lù)。

“十五”期(qi)間，北京(jing)化工大(da)學和山(shan)西煤化(huà)所分别(bié)展開🥵了(le)T700級碳纖(xian)🔞維的研(yán)發。兩者(zhě)走的研(yan)究路線(xian)不一，山(shān)西煤化(huà)所走的(de)是幹噴(pen)濕紡路(lu)線，徐樑(liang)華團隊(dui)提出了(le)濕紡工(gōng)藝制備(bèi)國産T700級(ji)🌍高強碳(tan)纖維的(de)🔆技術方(fāng)向并得(de)到了科(ke)技部的(de)支持。

經(jīng)過4年的(de)努力，濕(shi)紡T700級碳(tàn)纖維實(shí)現了關(guān)鍵技術(shù)突破，并(bìng)應👉用到(dao)以光威(wēi)為代表(biǎo)的碳纖(xian)維企業(yè)中，這意(yi)味着國(guo)産高強(qiáng)🔞碳纖✌️維(wei)産業化(hua)技術空(kong)白被填(tián)補上了(le)。“這個原(yuán)始創新(xin)是我們(men)獨有的(de)，連日本(běn)都沒有(yǒu)”。

實現國(guo)産碳纖(xiān)維技術(shu)自主創(chuang)新，無疑(yi)讓徐樑(liang)華團隊(duì)🔆推🍓動碳(tan)纖維國(guo)産化的(de)信念更(geng)加堅定(ding)，“國産碳(tan)纖維發(fa)展到現(xiàn)在，我們(men)可以不(bu)對标國(guo)外，做自(zì)己的技(jì)術”。

03

發揮(hui)碳纖維(wei)優勢 實(shi)現價值(zhi)大化

中(zhōng)國碳纖(xiān)維産業(yè)邁入了(le)快速發(fā)展的第(dì)二個階(jiē)段。随着(zhe)新能源(yuán)💰汽車及(ji)其他現(xiàn)代工業(yè)的發展(zhan)，“黑色黃(huang)金”迎來(lái)發展風(fēng)口。

在此(ci)過程中(zhōng)，原絲生(sheng)産技術(shù)、碳化生(sheng)産技術(shu)及對應(ying)生産📱設(she)備均♈不(bu)斷發展(zhan)完善，而(ér)下遊的(de)碳纖維(wéi)終端⛱️應(yīng)用則高(gāo)端應用(yòng)與低端(duān)應用并(bìng)存。對于(yú)目前國(guo)産碳纖(xian)維發展(zhǎn)現狀有(you)什麼樣(yàng)的看法(fa)？徐樑華(hua)從企業(ye)定位和(he)應用角(jiǎo)度給出(chū)了答案(an)。

以下是(shì)《大國之(zhī)材》整理(lǐ)的對話(huà)内容：

《大(da)國之材(cái)》：國産碳(tàn)纖維市(shì)場價格(gé)如何？

徐(xu)樑華：，碳(tan)纖維具(jù)有特殊(shū)的優異(yi)性能，一(yi)定要将(jiang)其性能(neng)用出來(lai)，它的價(jia)值才會(huì)體現出(chu)來。第二(èr)，現在碳(tàn)纖維的(de)産業☂️發(fa)展有一(yī)個現象(xiàng)，盲目地(dì)擴大産(chan)能，大家(jia)覺得把(bǎ)它賣💜出(chu)去就行(háng)了。所以(yi)國内碳(tan)纖維的(de)銷售價(jià)一㊙️直較(jiào)低，大家(jia)一直沒(méi)有考慮(lǜ)到它的(de)價值。

體(ti)現碳纖(xiān)維價值(zhi)化的應(ying)用需要(yào)把應用(yong)設計和(hé)應用服(fú)務這兩(liang)個方面(miàn)做好，其(qí)高價值(zhí)化應用(yong)就體現(xiàn)出來了(le)。

碳纖維(wei)不能跟(gēn)玻璃纖(xian)維等去(qu)競争市(shi)場，否則(ze)價值無(wu)法🌐體現(xian)。碳纖維(wéi)屬于“貴(guì)族”材料(liao)，是高價(jià)值的材(cai)料，一定(dìng)要用在(zài)該用的(de)地方。如(ru)航天航(háng)空及國(guó)民經濟(ji)領域中(zhōng)工業領(lǐng)域的一(yī)些高端(duān)裝備。

但(dan)凡嫌碳(tan)纖維貴(guì)的應用(yong)領域，就(jiu)不該去(qù)考慮，如(rú)此體現(xiàn)不出其(qi)價值。

《大(dà)國之材(cái)》：您如何(he)看待碳(tàn)纖維在(zai)風電、汽(qì)車、軌道(dao)交通上(shàng)的應用(yong)？

徐樑華(huá)：碳纖維(wei)不能去(qu)競争低(dī)容量的(de)風電葉(ye)片市場(chǎng)。

假如風(fēng)電葉片(piàn)容量要(yao)求變大(dà)了，就是(shì)碳纖維(wéi)的天下(xià)🤞了。比方(fang)5兆、7兆、10兆(zhào)等大容(rong)量的風(feng)電葉片(piàn)，需要将(jiāng)葉片做(zuò)大，或者(zhe)葉👉片的(de)單位兜(dou)風面積(jī)要求增(zeng)加。此時(shí)玻璃纖(xian)維因比(bǐ)重較大(dà)、剛度不(bú)夠的限(xiàn)制，就無(wú)法滿㊙️足(zu)了，而碳(tàn)纖維在(zài)這兩方(fang)面是強(qiáng)項。

所以(yǐ)海洋風(feng)電，或者(zhe)大瓦數(shù)大功率(lǜ)風電葉(ye)片，一定(ding)🌈要❤️用🈚碳(tan)纖維，其(qí)價值就(jiu)能體現(xiàn)出來。

汽(qì)車是碳(tan)纖維的(de)潛在市(shì)場。目前(qián)，碳纖維(wéi)在汽車(che)上的應(yīng)用處于(yú)驗證階(jie)段，并不(bú)十分成(chéng)熟。從全(quan)複合材(cai)料汽車(che)到碳纖(xiān)維加強(qiáng)車身，目(mù)前為止(zhi)🌈，我還是(shi)👈認為它(ta)是一種(zhong)技術驗(yan)證。

碳纖(xian)維在汽(qi)車領域(yu)的應用(yòng)範圍和(he)方法，到(dao)現在為(wéi)止未出(chū)現特别(bié)成熟的(de)結論。此(ci)外中國(guó)沒有特(tè)别高端(duan)的乘用(yòng)車，汽車(che)廠家利(lì)潤水平(píng)本來不(bú)高，所以(yi)碳纖維(wéi)複合材(cái)料在中(zhong)國市場(chang)上的應(ying)用📞難度(du)可能會(huì)更大一(yī)些。我認(ren)為碳纖(xian)維在汽(qì)車方面(miàn)的應用(yòng)是一種(zhong)儲備技(jì)術，或者(zhe)說是驗(yan)♌證性的(de)應用。

不(bú)過，随着(zhe)國家新(xin)能源汽(qì)車政策(cè)的推動(dòng)，可能慢(man)慢🌈地會(huì)推進這(zhè)⭐方面的(de)應用。但(dàn)是不能(neng)把應用(yong)壓力都(dōu)轉移到(dao)碳纖維(wei)的低🐆成(chéng)本化方(fang)面，碳纖(xian)維的成(cheng)本有一(yi)個理論(lùn)目标，如(rú)果碳纖(xian)維企業(yè)無法盈(yíng)利，整個(ge)行業就(jiù)将不可(ke)持續發(fa)展。

碳纖(xiān)維在汽(qi)車上的(de)應用應(ying)把準碳(tàn)纖維的(de)綜合優(you)勢，把♻️應(ying)用技術(shù)發展起(qi)來。像現(xian)在碳纖(xiān)維複合(he)材料替(tì)代金屬(shǔ)件這種(zhǒng)模式，不(bu)是發展(zhǎn)碳纖維(wei)複合🌂材(cái)料在汽(qi)車上應(ying)用技術(shù)的正确(què)的方😘向(xiàng)。

碳纖維(wei)在汽車(chē)上的應(ying)用能發(fa)揮其價(jià)值的地(di)方是加(jiā)固、局🤞部(bù)✊加強、和(he)輕量化(huà)，但是其(qi)軟肋是(shì)怕沖擊(ji)。我認為(wéi)抗沖擊(jī)的任務(wù)，應由金(jin)屬承擔(dan)，如鋁合(he)金等輕(qīng)質金屬(shu)；加固方(fāng)面則由(yóu)碳纖維(wéi)承擔，兩(liang)者結合(he)🔞起來🔆，現(xiàn)在像寶(bao)馬，也是(shi)走的這(zhe)條路。

軌(guǐ)道交通(tōng)方面，輕(qing)量化，從(cong)技術層(céng)面上來(lái)講，是碳(tan)纖🔴維非(fēi)常好的(de)應用點(dian)。比如高(gao)鐵，需要(yao)用電驅(qu)動；而現(xiàn)♌在電網(wang)建設跟(gēn)不上高(gao)鐵的發(fa)展需要(yào)，特别是(shi)有些地(dì)方，因♍為(wéi)電網不(bú)完善，高(gao)鐵沒法(fa)通過💛去(qu)。高鐵的(de)輕量化(hua)，是解決(jue)高鐵耗(hào)電非常(chang)理想的(de)途徑💰之(zhi)一。此外(wài)，随着耗(hao)電需求(qiu)下降，電(diàn)網的壓(ya)力随之(zhī)下降，從(cong)長遠來(lái)講，它效(xiào)益也是(shì)可以體(ti)現的。

總(zong)之，碳纖(xiān)維因其(qi)特性，在(zài)裝備存(cun)在交互(hu)碰撞的(de)領域🏃‍♂️使(shi)🌏用🔆并🏃‍♂️不(bu)很成功(gong)，而在不(bú)交互碰(pèng)撞領域(yu)的使用(yong)💞很成功(gong)。

《大國之(zhī)材》：在您(nin)看來，國(guó)内碳纖(xiān)維應用(yòng)的出路(lù)在哪裡(li)？

徐樑華(hua)：據我總(zong)結，中國(guo)碳纖維(wéi)應用市(shì)場，其實(shí)都是模(mo)仿西方(fāng)國家。如(ru)此産生(shēng)一個弊(bi)端，别人(ren)的市場(chǎng)開拓出(chu)來以後(hou)🐅，蛋糕已(yǐ)經畫好(hao)了，我們(men)僅僅是(shì)從人家(jiā)蛋糕裡(lǐ)分一小(xiǎo)🙇🏻塊蛋糕(gāo)。

西方發(fa)達國家(jia)隔幾年(nian)就有新(xīn)領域的(de)應用發(fa)現，我們(men)卻沒有(you)🈲。我📱們缺(que)兩個條(tiáo)件，一是(shì)材料的(de)應用服(fú)務跟不(bú)上，做材(cai)料的不(bu)思考怎(zěn)麼把它(ta)用出去(qù)，隻想着(zhe)賣出去(qù)，市場地(di)位不💔高(gāo)；二是應(ying)用設計(jì)能力很(hěn)差，未形(xing)成材料(liào)合理應(yīng)用的主(zhu)觀思維(wei)，跟随西(xī)方國家(jiā)的腳步(bu)。中♻️國👉需(xū)要有正(zhèng)向設計(jì)能力，中(zhong)國的複(fú)合材料(liao)真🔞正要(yào)🍉做強⛷️，一(yi)定要會(huì)自己開(kāi)拓市場(chǎng)。

《大國之(zhi)材》：針對(duì)目前的(de)碳纖維(wei)濕紡和(he)幹噴濕(shi)紡兩大(da)産業化(hua)技🛀術路(lù)線，您認(ren)為國内(nei)碳纖維(wéi)要實現(xian)低成本(běn)化應如(ru)何推進(jìn)？

徐樑華(hua)：提速提(tí)束。一個(ge)是把速(sù)度提上(shang)來，一個(gè)把絲束(shù)提上🌈去(qù)。

幹噴濕(shī)紡優點(diǎn)是走速(sù)度，但它(ta)的絲束(shu)不容易(yi)提上去(qù)。濕紡紡(fang)絲的缺(quē)點是速(su)度慢，但(dan)它的優(yōu)點是可(ke)以把絲(sī)束提上(shang)去。這兩(liǎng)個回❤️歸(gui)到一個(gè)共性問(wen)題，就是(shi)生産效(xiào)率的提(tí)高，這都(dou)⚽是低成(chéng)🈲本化的(de)途徑。

工(gōng)業用碳(tan)纖維技(ji)術的發(fa)展，幹濕(shī)紡是途(tú)徑之一(yi)，但🚶不♈是(shi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼全部，大(da)❗絲束也(yě)是個途(tu)徑。現在(zài)從技術(shu)推進的(de)話，兩條(tiao)腿都得(dé)走，一🤟個(ge)是大絲(si)束，一個(ge)是幹濕(shī)紡。

目前(qián)國内大(dà)絲束技(ji)術隻到(dao)48K，這方面(miàn)下一步(bù)可能有(you)😍兩‼️個🐉任(rèn)務要進(jìn)行：一個(ge)是大絲(si)束的紡(fǎng)絲和碳(tan)化技術(shu)，從碳纖(xiān)✏️維制備(bèi)和工藝(yi)角度來(lái)講，大絲(sī)束比小(xiao)絲束難(nan)，技術問(wèn)題也需(xu)要慢慢(màn)的去突(tū)破； 二是(shì)大絲束(shù)做複合(he)材✔️料，效(xiào)率高，但(dàn)是成型(xíng)過程中(zhong)間也有(yǒu)些技術(shu)要突破(pò)。