新(xin)材料在(zai)線^®

《大國(guo)之材》原(yuán)創文章(zhang)

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圖片(piàn)：受訪人(ren)提供、圖(tu)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(xing)的房間(jiān)内💚機✌️器(qi)轟鳴，一(yī)卷米白(bái)色的原(yuán)絲緩緩(huǎn)地被抽(chou)入設備(bei)内，這是(shì)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(ji)《碳纖維(wei)》攝制組(zǔ)前往拜(bai)訪時，滿(man)頭銀✂️發(fa)的徐樑(liáng)華正穿(chuān)着白大(da)褂，在這(zhe)條原絲(si)碳化中(zhōng)試線☂️上(shàng)認真指(zhǐ)導學生(sheng)作🌍業。

身(shēn)兼國家(jia)碳纖維(wéi)工程技(jì)術研究(jiu)中心主(zhǔ)任、北化(huà)碳纖維(wéi)及功🥵能(néng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻高分子(zi)教育部(bu)重點實(shi)驗室副(fù)主任、碳(tàn)纖維💁及(ji)複合材(cái)✍️料研究(jiu)所所長(zhang)等職，徐(xú)樑華紮(zha)根碳👨‍❤️‍👨纖(xiān)維研究(jiū)領域已(yi)30多年㊙️，經(jīng)曆了國(guó)産碳⭐纖(xiān)維發展(zhǎn)的一半(bàn)曆程。

在(zai)他看來(lái)，高校應(yīng)該堅守(shǒu)基礎研(yan)究、應用(yong)基礎及(ji)前瞻🏒性(xìng)♉工作的(de)定位。“一(yī)個人的(de)精力是(shi)有限的(de)，我們應(yīng)堅守本(ben)分，把碳(tan)纖維産(chǎn)業的基(jī)礎做好(hao)。”

01

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

從20世紀(ji)60年代末(mo)到80年代(dai)，國産碳(tàn)纖維經(jīng)曆了艱(jian)難的階(jiē)段，材料(liao)界從對(dui)其認知(zhī)到科研(yán)力量皆(jie)為欠缺(quē)。

當時的(de)碳纖維(wei)研發并(bing)未作為(wei)大協同(tóng)的技術(shù)體系展(zhǎn)🐉開研究(jiū)🔞，從聚合(hé)、紡絲到(dào)氧化、碳(tàn)化再到(dao)應用在(zai)當時條(tiáo)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(yi)相對較(jiào)低，與碳(tan)纖維的(de)研發投(tou)入需求(qiú)♊并不匹(pi)配。科研(yan)實力弱(ruò)，缺乏先(xiān)進技術(shu)的參考(kao)、借鑒，國(guo)内對碳(tàn)纖維的(de)認知水(shuǐ)平并不(bú)高。

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

因此，2000年(nian)以前，中(zhōng)國的碳(tan)纖維探(tan)索一直(zhi)處于徘(pai)徊階段(duan)。

随着市(shi)場對碳(tan)纖維需(xū)求的推(tui)動，國家(jiā)和政府(fǔ)加大了(le)🈚對碳纖(xian)維研發(fa)的支持(chí)力度。“十(shí)五”期間(jiān)在國家(jia)“863”項目推(tuī)動下，形(xíng)成了北(bei)💯京化工(gōng)大學、中(zhong)科院山(shān)西煤化(hua)所、山東(dōng)大學為(wei)主要力(li)量的三(san)個相對(duì)集中的(de)研發基(jī)地。

從事(shi)高性能(néng)聚丙烯(xī)腈（PAN）碳纖(xiān)維科學(xué)技術研(yán)究，徐樑(liáng)華深感(gan)使👄命重(zhòng)大，感歎(tàn)不容易(yi)，“它需要(yao)有很淡(dàn)定的心(xīn)态才能(néng)做得出(chu)來” 。

上個(gè)世紀代(dai)表中國(guo)碳纖維(wei)水平的(de)是硝酸(suān)法技術(shu)，然而硝(xiao)酸法在(zài)國際上(shàng)已經被(bèi)淘汰，現(xian)在代表(biǎo)中國碳(tan)纖❤️維水(shui)平的是(shi)二💞甲基(ji)亞砜法(fa)。當時國(guó)内已擁(yong)有二甲(jiǎ)基亞砜(fēng)技術，但(dàn)是由于(yú)固有🔅思(sī)維未突(tu)破被擱(ge)置。

徐樑(liáng)華團隊(duì)

徐樑華(huá)率領團(tuán)隊，基于(yú)PAN/DMSO間歇溶(rong)液聚合(he)、一步法(fǎ)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(zhi)備具有(you)規整表(biǎo)截面🧡結(jie)構碳纖(xiān)維原絲(si)的國産(chan)化技術(shu)，重新确(que)立了二(er)🐆甲基亞(ya)砜原絲(si)工藝路(lù)線在碳(tan)纖維國(guo)産化發(fā)展中的(de)主體地(di)位。

按此(cǐ)工藝生(sheng)産的聚(ju)丙烯腈(jīng)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(chan)碳纖維(wei)從此走(zǒu)上了從(cong)高強、高(gao)強中模(mó)、高模、高(gāo)🍉模高強(qiang)有序發(fā)展的快(kuài)速軌道(dao)。

徐樑華(hua)認為，重(zhòng)新使用(yòng)二甲基(jī)亞砜法(fa)路線不(bú)僅僅是(shì)技術的(de)轉型，更(geng)是理念(nian)的轉型(xing)。

02

沖出對(duì)标困局(jú)實現國(guo)産技術(shu)自主創(chuang)新

如果(guo)說本世(shì)紀初的(de)碳纖維(wéi)技術處(chù)于轉型(xíng)階段，那(na)麼現⭕在(zai)㊙️的碳纖(xian)維産業(yè)可謂處(chù)于升級(ji)階段。“接(jiē)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(xian)維近20年(nián)的發展(zhan)速度遠(yuan)超前30年(nián)的發展(zhǎn)速🔞度，産(chan)🔅業化成(cheng)果累累(lèi)。技術方(fāng)面，從當(dāng)時的T300到(dao)現在高(gao)♋強高模(mo)全覆蓋(gài)。

雖堅守(shou)碳纖維(wéi)産業的(de)基礎研(yan)究本分(fèn)工作，徐(xú)樑華團(tuán)🔴隊卻不(bu)忘創新(xīn)。徐樑華(hua)認為，國(guó)産碳纖(xiān)維材料(liao)應實現(xiàn)自主創(chuang)新，避免(mian)跟⛱️着❌國(guo)外的發(fā)展步伐(fa)走對标(biao)式的路(lù)。

“十五”期(qi)間，北京(jīng)化工大(dà)學和山(shān)西煤化(hua)所分别(bie)展開了(le)❗T700級碳纖(xian)維的研(yan)發。兩者(zhe)走的研(yan)究路線(xian)不一，山(shān)西💜煤化(hua)所走的(de)是幹噴(pēn)濕紡👄路(lù)線，徐樑(liang)華團隊(dui)提出了(le)濕紡工(gong)藝制備(bèi)國産T700級(jí)高強碳(tan)纖維的(de)技術方(fāng)向并👌得(dé)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(tan)纖維實(shi)現了關(guan)鍵技術(shù)突破🔞，并(bìng)應用到(dào)以光威(wēi)為代表(biao)的碳纖(xian)維企業(ye)中，這意(yì)味着📧國(guó)産高強(qiáng)碳纖維(wei)産業化(hua)技術空(kōng)白被填(tián)補上了(le)。“這個原(yuán)始創新(xīn)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(shù)自主創(chuang)新，無疑(yi)讓徐樑(liáng)華團隊(dui)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(fā)展到現(xian)在，我們(men)可以不(bú)對标國(guo)外，做自(zi)己的技(jì)術”。

03

發揮(huī)碳纖維(wéi)優勢 實(shí)現價值(zhi)大化

中(zhong)國碳纖(xian)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(zhǎn)，“黑色黃(huáng)金”迎來(lái)發展風(fēng)口。

在此(cǐ)過程中(zhong)，原絲生(shēng)産技術(shu)、碳化生(sheng)産技術(shu)及對應(yīng)生産設(she)備均不(bú)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(yong)與低端(duān)應用并(bìng)存。對于(yú)目前國(guó)産碳纖(xiān)維❤️發展(zhan)現狀有(you)什麼樣(yàng)的看法(fa)？徐樑華(huá)從企業(yè)❄️定位和(hé)應用角(jiao)度給出(chu)了答案(àn)。

以下是(shi)《大國之(zhī)材》整理(lǐ)的對話(hua)内容：

《大(dà)國之材(cái)》：國産碳(tàn)纖維市(shi)場價格(ge)如何？

徐(xú)樑華：，碳(tàn)纖維具(ju)有特殊(shu)的優異(yì)性能，一(yi)定要将(jiang)其性能(neng)用出來(lái)，它的價(jia)值才會(huì)體現出(chū)來。第二(er)，現在碳(tàn)纖維的(de)産業發(fā)展有一(yi)個現象(xiang)，盲目地(dì)擴大産(chan)能，大家(jia)覺得把(ba)它賣出(chū)去就行(hang)了。所以(yǐ)國内💁碳(tàn)纖維的(de)銷售價(jià)一直較(jiào)低，大家(jiā)一直沒(mei)有考慮(lǜ)到🔴它的(de)價值。

體(tǐ)現碳纖(xian)維價值(zhí)化的應(ying)用需要(yao)把應用(yòng)設計和(he)應用服(fu)務這兩(liǎng)個方面(mian)做好，其(qí)高價值(zhi)化應用(yòng)就體現(xiàn)出來了(le)。

碳纖維(wei)不能跟(gen)玻璃纖(xian)維等去(qu)競争市(shì)場，否則(zé)價值無(wu)法體現(xiàn)。碳纖維(wei)屬于“貴(guì)族”材料(liào)，是高價(jia)值的材(cái)料，一定(ding)要用在(zài)該用的(de)地方。如(rú)航天航(hang)空及國(guó)民經濟(ji)♋領域中(zhōng)工業領(lǐng)域的一(yi)些高端(duan)裝備。

但(dàn)凡嫌碳(tan)纖維貴(gui)的應用(yòng)領域，就(jiù)不該去(qù)考慮，如(ru)此體✍️現(xian)❗不出其(qi)價值。

《大(dà)國之材(cai)》：您如何(he)看待碳(tàn)纖維在(zai)風電、汽(qi)車、軌道(dao)交通上(shang)的應用(yòng)？

徐樑華(hua)：碳纖維(wei)不能去(qu)競争低(di)容量的(de)風電葉(yè)片市場(chǎng)。

假如風(fēng)電葉片(pian)容量要(yao)求變大(da)了，就是(shì)碳纖維(wei)的天下(xià)了。比方(fang)5兆、7兆、10兆(zhào)等大容(róng)量的風(feng)電葉片(pian)，需要将(jiang)葉片做(zuò)大，或者(zhě)葉片的(de)單位兜(dou)風面積(jī)要求增(zēng)加。此時(shí)玻璃纖(xiān)維因比(bi)重較大(da)、剛度不(bu)夠的限(xiàn)🐉制，就無(wu)法滿足(zú)了，而碳(tàn)纖維在(zai)這兩方(fāng)面是強(qiáng)項。

所以(yi)海洋風(fēng)電，或者(zhe)大瓦數(shu)大功率(lǜ)風電葉(ye)片，一定(ding)要用🔱碳(tan)纖維，其(qi)價值就(jiù)能體現(xiàn)出來。

汽(qi)車是碳(tàn)纖維的(de)潛在市(shi)場。目前(qián)，碳纖維(wei)在汽車(che)上的應(ying)用處于(yu)⭕驗證階(jie)段，并不(bú)十分成(cheng)熟。從全(quán)複合材(cai)料汽車(che)到碳纖(xian)維加強(qiáng)車身，目(mù)前為止(zhi)，我還是(shi)認為🏃🏻它(tā)是一種(zhong)技術驗(yàn)證。

碳纖(xiān)維在汽(qì)車領域(yu)的應用(yong)範圍和(hé)方法，到(dao)現在為(wéi)🛀止未㊙️出(chū)現🙇‍♀️特别(bie)成熟的(de)結論。此(ci)外中國(guó)沒有特(tè)别高端(duān)的🥵乘用(yòng)車，汽車(che)廠家利(lì)潤水平(ping)本來不(bú)高，所以(yǐ)碳纖維(wei)複合材(cai)料在中(zhōng)國市場(chang)上的應(yīng)用難度(dù)可能會(hui)更大一(yī)些。我認(rèn)為碳纖(xiān)維在汽(qì)車方面(miàn)的🏒應用(yong)是一種(zhong)儲備技(jì)術，或者(zhě)說是驗(yan)證性的(de)應用。

不(bú)過，随着(zhe)國家新(xin)能源汽(qi)車政策(ce)的推動(dong)，可能慢(màn)慢💰地會(huì)🥵推😍進這(zhe)㊙️方面的(de)應用。但(dan)是不能(neng)把應用(yòng)壓力都(dōu)🙇‍♀️轉移🍉到(dào)碳纖維(wéi)♊的低成(chéng)本🏒化方(fāng)面，碳纖(xiān)維的成(cheng)本有一(yī)個理論(lùn)目标，如(ru)果碳纖(xian)維企業(ye)無法盈(yíng)利，整個(ge)行業就(jiu)将不可(kě)持續發(fa)展。

碳纖(xian)維在汽(qi)車上的(de)應用應(yīng)把準碳(tàn)纖維的(de)綜合優(you)勢，把應(ying)用技🏒術(shù)發展起(qǐ)來。像現(xian)在碳纖(xiān)維複合(hé)材料替(tì)代金屬(shǔ)件這種(zhong)模式，不(bu)是發展(zhǎn)碳纖維(wéi)複合材(cái)料在汽(qi)車上應(yīng)用技術(shu)的正确(que)的方向(xiàng)。

碳纖維(wéi)在汽車(chē)上的應(ying)用能發(fā)揮其價(jia)值的地(di)方是加(jiā)固、局🐉部(bù)加強、和(he)輕量化(hua)，但是其(qí)軟肋是(shì)怕沖擊(jī)。我認為(wei)抗沖擊(ji)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(you)碳纖維(wéi)承擔，兩(liang)者結合(he)起來，現(xian)在像寶(bao)馬，也是(shì)走的這(zhe)條路。

軌(guǐ)道交通(tōng)方面，輕(qīng)量化，從(cóng)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(xian)🚶‍♀️在電網(wǎng)建設跟(gēn)不上👨‍❤️‍👨高(gāo)鐵🍓的發(fā)展需要(yao)，特别是(shì)有些地(dì)方，因為(wéi)電網不(bú)完善✨，高(gao)鐵沒法(fa)通過⚽去(qù)。高鐵的(de)輕量化(hua)，是解⛷️決(jué)高鐵耗(hào)電非常(cháng)理想的(de)途徑之(zhī)一。此外(wai)，随着耗(hào)電需求(qiu)下降，電(diàn)網的壓(yā)力随之(zhī)下降，從(cóng)長遠來(lai)講，它效(xiào)益也♋是(shì)可以體(tǐ)現的。

總(zǒng)之，碳纖(xiān)維因其(qí)特性，在(zài)裝備存(cun)在交互(hu)碰撞的(de)領域使(shi)用并不(bú)很成功(gong)，而在不(bú)交互碰(pèng)撞領域(yù)的使用(yong)很成功(gōng)。

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

徐樑華(hua)：據我總(zong)結，中國(guo)碳纖維(wéi)應用市(shi)場，其實(shí)都是模(mó)仿西方(fang)國🚶家。如(ru)此産生(sheng)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(jia)蛋糕裡(li)分一小(xiǎo)塊蛋糕(gao)。

西方發(fa)達國家(jiā)隔幾年(nián)就有新(xin)領域的(de)應用發(fa)現，我們(men)卻沒有(yǒu)㊙️。我們缺(quē)兩個條(tiáo)件，一是(shi)材料的(de)應用服(fu)務跟不(bu)上，做材(cái)料的不(bú)思考怎(zen)麼把它(ta)用出去(qù)，隻想着(zhe)賣出去(qu)🔞，市場地(di)位不高(gao)；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(wéi)，跟随西(xī)方國家(jia)的腳步(bu)。中國需(xu)要有正(zheng)向設計(jì)能力，中(zhōng)國的複(fú)合材料(liào)真正要(yào)做強，一(yī)定要會(huì)自己開(kāi)拓市場(chǎng)。

《大國之(zhī)材》：針對(dui)目前的(de)碳纖維(wéi)濕紡和(he)幹噴濕(shī)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(xiàn)低成本(běn)化應如(ru)何推進(jìn)？

徐樑華(hua)：提速提(ti)束。一個(ge)是把速(su)度提上(shàng)來，一個(ge)把絲束(shu)提上去(qù)。

幹噴濕(shi)紡優點(diǎn)是走速(su)度，但它(tā)的絲束(shù)不容易(yi)提上去(qu)。濕紡紡(fang)絲的缺(quē)點是速(su)度慢，但(dàn)它的優(yōu)點是可(ke)以把絲(si)束提♻️上(shang)去。這兩(liang)個回歸(guī)到一個(gè)共性問(wen)題，就是(shì)生産效(xiào)率的提(tí)高，這都(dōu)是低成(chéng)本化的(de)♊途徑。

工(gōng)業用碳(tan)纖維技(jì)術的發(fa)展，幹濕(shī)紡是途(tu)徑之一(yī)，但不是(shi)全部，大(dà)絲束也(yě)是個途(tu)徑。現在(zai)從技術(shu)推進的(de)話，兩條(tiao)腿都得(de)走，一個(ge)是✊大絲(si)束，一個(gè)是幹濕(shi)紡。

目前(qián)國内大(da)絲束技(jì)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(gè)是大絲(si)束的紡(fǎng)絲和碳(tàn)化技💰術(shu)，從碳纖(xiān)維制備(bei)和工藝(yì)角度來(lai)講，大絲(si)束比小(xiao)絲束難(nan)，技術問(wèn)題也需(xū)要👈慢慢(man)的去突(tū)破⚽； 二是(shì)大絲束(shu)做複合(hé)材料，效(xiào)率高，但(dan)是成型(xing)過程中(zhōng)間也有(yǒu)些技術(shù)要突破(po)。