徐梁華，北京化工大學(xué)國(guó)家碳纖維工程技術(shù)研究中心主任，碳纖維及功能高分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，碳纖維及復(fù)合材料研究所所長(zhǎng)。發(fā)明出特殊工藝的T700級(jí)碳纖維制備技術(shù)及產(chǎn)品，支撐了我國(guó)重大型號(hào)的研制；率先實(shí)現(xiàn)T800級(jí)高強(qiáng)中模碳纖維的技術(shù)突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；研發(fā)成功M40J、M55J等高性能碳纖維國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，2014年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

    Q：5月8日，科技部高技術(shù)中心組織專家組在北化對(duì)科技部863課題“聚丙烯腈碳纖維石墨化關(guān)鍵技術(shù)研究”課題進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)收，請(qǐng)簡(jiǎn)單為我們介紹一下該課題的重要意義。

    A：這個(gè)項(xiàng)目主要是針對(duì)東麗M55J高強(qiáng)高模碳纖維材料的工藝和裝備來(lái)展開的。M55J是衛(wèi)星的主材料，一直以來(lái)都依賴國(guó)外進(jìn)口，這個(gè)項(xiàng)目的驗(yàn)收具有兩方面的重要意義：一是工藝技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，碳纖維的制備遵循強(qiáng)度和模量相互制約的規(guī)律，強(qiáng)度高了模量就會(huì)降低，模量提高了強(qiáng)度就會(huì)下降。纖維是從亂層石墨到類石墨，主要是石墨結(jié)構(gòu)，模量高、強(qiáng)度差，怎么能將兩種結(jié)構(gòu)特征結(jié)合起來(lái)，是我們面臨的挑戰(zhàn)。從2010年在科技部973計(jì)劃支持下，開始圍繞這個(gè)問(wèn)題開展基礎(chǔ)科學(xué)，提出了高強(qiáng)高模碳纖維的結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)M40J的技術(shù)研發(fā)，驗(yàn)證了這個(gè)模型的合理性后，我們一直以這個(gè)模型來(lái)指導(dǎo)我們的關(guān)鍵技術(shù)研究。二是裝備國(guó)產(chǎn)化，高模量纖維的關(guān)鍵工藝就是高溫石墨化，溫度高達(dá)2500℃以上，爐子一直是我們的軟肋。這個(gè)項(xiàng)目中，合作企業(yè)也是非常有經(jīng)驗(yàn)，爐子仍是反復(fù)討論、設(shè)計(jì)、修改，最終通過(guò)驗(yàn)證。工藝和裝備都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，對(duì)國(guó)外的依賴性降低，面對(duì)封鎖控制才不會(huì)受制于人。

    這個(gè)項(xiàng)目的亮點(diǎn)是將用戶（北京衛(wèi)星制造廠）結(jié)合在一起，將成品及時(shí)供給應(yīng)用部門進(jìn)行驗(yàn)證。國(guó)產(chǎn)碳纖維就面臨過(guò)這樣的問(wèn)題，碳纖維性能優(yōu)良，但是制備成復(fù)合材料后差距拉大，這就需要非常長(zhǎng)的磨合期。T300、T700、T800與M55J相比，成本上還低一些，驗(yàn)證3~5年還在可承受范圍之內(nèi)，但是M55J成本較高，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的考核、驗(yàn)證，經(jīng)費(fèi)消耗會(huì)非常龐大。我們項(xiàng)目一開始就將用戶結(jié)合到課題中，經(jīng)過(guò)3年，我們將關(guān)鍵工藝、裝備、工程化應(yīng)用的問(wèn)題并案研究，做出的纖維滿足應(yīng)用需求，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件性能也達(dá)到設(shè)計(jì)要求，節(jié)省了時(shí)間、降低了成本、提高了效率，這種產(chǎn)、學(xué)、研、用合作模式是非常值得借鑒的。

    藍(lán)色蝴蝶分隔線Q：目前占市場(chǎng)主導(dǎo)地位的是PAN基碳纖維，請(qǐng)簡(jiǎn)單為我們介紹一下該碳纖維的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化情況？

    A：PAN基碳纖維叫聚丙烯腈碳纖維，碳纖維總共有4類，這是其中一類，也是主要的一類，約占碳纖維產(chǎn)品的90%。國(guó)外的研究從20世紀(jì)60年代開始，我們是20世紀(jì)70年代開始，這個(gè)起步的差距不大，但是前面的35年一直在徘徊，只有近15年在高速發(fā)展。為什么在徘徊？就是缺少基礎(chǔ)研究。從事纖維研究的企業(yè)或企業(yè)性質(zhì)的研究所，大部分精力花在解決工程問(wèn)題上，核心的基礎(chǔ)研究沒(méi)有關(guān)注。

    日本東麗將長(zhǎng)期向美國(guó)SpaceX飛船供應(yīng)碳纖維

    現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主流技術(shù)二甲基亞砜法就是我們?cè)?000年突破的，在這之前我們做了2~3年的基礎(chǔ)研究，把碳纖維看作高分子材料，回歸到基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題，遵循高分子材料的客觀規(guī)律，將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。從那以后，我們就找對(duì)了方向，快速地發(fā)展起來(lái)。前面的35年總是在探索，這個(gè)方法不行，那個(gè)方向也不行，與國(guó)外的差距就越來(lái)越大。2002年我們建成了第一條工程化線，2006年國(guó)內(nèi)建成了第一條產(chǎn)業(yè)化線，到現(xiàn)在18年了，與國(guó)外在關(guān)鍵技術(shù)上的差距在縮小。

    產(chǎn)業(yè)上還有代差，5個(gè)部分組成的產(chǎn)業(yè)體系還不是很完善。截至2017年底理論產(chǎn)能是26000噸，千噸線有11條、100~400噸線有17條、500噸線有9條，但是我們的產(chǎn)能釋放率才29%，國(guó)際上平均達(dá)到65%，東麗有時(shí)能達(dá)到70%。產(chǎn)能釋放率低反映了我們產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度比較低，根本原因就是體系建設(shè)不完善，其中涉及到的核心問(wèn)題之一就是裝備。我國(guó)的碳纖維產(chǎn)業(yè)化裝備是從引進(jìn)起步的，國(guó)內(nèi)的消化、吸收、再創(chuàng)新做得不好，導(dǎo)致生產(chǎn)中往往是工藝去迎合裝備，這樣就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，引進(jìn)的時(shí)候不是按照生產(chǎn)線引進(jìn)，而是按照裝置引進(jìn)，自己去組裝建設(shè)，供應(yīng)商保證單個(gè)設(shè)備滿足技術(shù)要求，是否能建成產(chǎn)業(yè)線是不會(huì)管的，我們沒(méi)有更多的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，不能提出圍繞工藝的產(chǎn)業(yè)化裝備需求，導(dǎo)致很多裝備生產(chǎn)能力達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

    像幾十噸到百噸級(jí)這樣的裝備國(guó)內(nèi)還是可以做的，但是千噸級(jí)的還存在很多問(wèn)題。碳纖維產(chǎn)業(yè)化裝備的國(guó)產(chǎn)化制造與其他行業(yè)的裝備類似，主要還是靠經(jīng)驗(yàn)，對(duì)仿真、模擬技術(shù)的使用還有所欠缺，這就導(dǎo)致碳纖維生產(chǎn)設(shè)備特有的溫度場(chǎng)和氣流場(chǎng)在靜態(tài)情況下滿足要求，但到了生產(chǎn)時(shí)的動(dòng)態(tài)環(huán)境，“兩場(chǎng)”波動(dòng)就比較大，這就導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的碳纖維質(zhì)量波動(dòng)比較大。國(guó)外對(duì)設(shè)備也有一定的限制，尤其是美國(guó)，還會(huì)限定設(shè)備的溫度。德國(guó)就稍微好一些，與中國(guó)的企業(yè)合作，在中國(guó)生產(chǎn)，只要不是用于高端碳纖維的制備，條件還是比較寬松的。美國(guó)限定1800℃以上是需要許可證書的。

    國(guó)產(chǎn)設(shè)備我認(rèn)為主要問(wèn)題還是缺少設(shè)計(jì)模擬，引進(jìn)、消化、仿制這樣的逆向思維可能實(shí)施起來(lái)難度還是比較大的，因?yàn)閲?guó)外的產(chǎn)品更新?lián)Q代比較快，水平也在提高。例如預(yù)氧化設(shè)備，它需要?dú)庋h(huán)，不同的纖維品種、不同的規(guī)格，采用的循環(huán)方式是不一樣的。因?yàn)槲覀儾粫?huì)設(shè)計(jì)，只能依靠引進(jìn)設(shè)備的循環(huán)方式，這就比較被動(dòng)。碳纖維的發(fā)展需要重視裝備，不是大家認(rèn)為的我有錢就能買的事情。東麗裝備的雛形也是外加工，但是它會(huì)根據(jù)自己的工藝進(jìn)行二次改造，裝備制造商是不讓參與的，而國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有二次改造，進(jìn)口裝備都不敢動(dòng)，有的企業(yè)會(huì)有一點(diǎn)小的改造。

    觀察國(guó)內(nèi)的碳纖維企業(yè)，凡是自己裝備能力比較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)化都做得比較好，反之則反。這個(gè)現(xiàn)象是很明顯的，所以我們提倡碳纖維企業(yè)一定要有自己的裝備能力，這可能需要很長(zhǎng)的時(shí)間。中國(guó)培育出自己的裝備制造商比較難，美國(guó)、德國(guó)的裝備是面向全世界，市場(chǎng)比較大，而中國(guó)的裝備制造商市場(chǎng)可能只有中國(guó)，我們的裝備很難走出去，市場(chǎng)畢竟有限。專門做裝備的企業(yè)對(duì)碳纖維領(lǐng)域不感興趣；有興趣介入的，前期投入會(huì)比較高，現(xiàn)在一條產(chǎn)業(yè)化線成本就在1.5億左右，研制的投入至少需要2個(gè)億，并且短期內(nèi)很難看到效益，可能需要建設(shè)幾十條線才能產(chǎn)生回報(bào)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有那么大的市場(chǎng)，所以境遇就比較尷尬。這種關(guān)鍵戰(zhàn)略材料的技術(shù)研發(fā)、儲(chǔ)備和條件支撐單靠市場(chǎng)行為是行不通的。

    藍(lán)色蝴蝶分隔線Q：國(guó)產(chǎn)碳纖維在高端領(lǐng)域廣泛應(yīng)用還有哪些挑戰(zhàn)？高質(zhì)量和低成本應(yīng)該怎樣去實(shí)現(xiàn)？

    A：目前國(guó)內(nèi)碳纖維企業(yè)大馬拉小車，可以保證在高端領(lǐng)域質(zhì)量的穩(wěn)定性。我們現(xiàn)在所說(shuō)的質(zhì)量不穩(wěn)定，深層次是使用過(guò)程中的波動(dòng)，即使用工藝性。一是纖維制成復(fù)合材料后，應(yīng)用部門會(huì)對(duì)標(biāo)國(guó)外產(chǎn)品，先入為主再加上對(duì)國(guó)外纖維的熟練順手，定性的概括為不好用，其實(shí)還有很多深層次的問(wèn)題有待挖掘。二是強(qiáng)度轉(zhuǎn)移力低，纖維性能對(duì)標(biāo)國(guó)外產(chǎn)品是差不多的，但復(fù)合材料的性能差距就比較明顯。基本上每款碳纖維都會(huì)遇到這2個(gè)問(wèn)題，在平時(shí)研討時(shí)也在探索這些問(wèn)題，究其根本原因是纖維制備過(guò)程中的精細(xì)化操作不夠。一束纖維理論上每根纖維是很規(guī)整的，但是我們的纖維會(huì)有交叉，有交叉的纖維制備成復(fù)合材料不是完全的0°排列，性能就會(huì)有所降低，所以現(xiàn)在就給大家強(qiáng)化精細(xì)化制備的要求，從應(yīng)用端來(lái)考慮纖維的制備，慢慢把握住問(wèn)題的脈搏，解決起來(lái)應(yīng)該就會(huì)比較快了。

    2002年，國(guó)內(nèi)從事碳纖維的研發(fā)單位僅有3家，山大、北化、山西煤化所，東華大學(xué)也有一部分，但主要是做凝膠碳纖維。2008年，我協(xié)助建設(shè)中科院寧波材料所碳纖維實(shí)驗(yàn)室，研究單位變成4家。到現(xiàn)在為止，真正做完整的關(guān)鍵技術(shù)研究的不到4家了，從中不難發(fā)現(xiàn)，研發(fā)力量在萎縮。我經(jīng)常也在思考這個(gè)問(wèn)題，也提出過(guò)書面建議，我們的基礎(chǔ)研究還需要加強(qiáng)，研發(fā)隊(duì)伍要擴(kuò)大，有3~5個(gè)研發(fā)單位，適度的競(jìng)爭(zhēng)與合作互動(dòng)是好事，如果獨(dú)家發(fā)展，方向有可能會(huì)走歪。我們的研發(fā)成果都在實(shí)施產(chǎn)業(yè)化，但是我自己不做產(chǎn)業(yè)化，和企業(yè)分工協(xié)作，我就集中做技術(shù)研發(fā)，畢竟精力是有限的。碳纖維這個(gè)材料非常復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室同樣具備產(chǎn)業(yè)化的特征，是產(chǎn)業(yè)線的縮小版，沒(méi)有3~5年的深入研究，入門都很難。

    國(guó)產(chǎn)碳纖維相對(duì)來(lái)講成本偏高一些，成本高，我們認(rèn)為它不單純是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而是深層次的技術(shù)問(wèn)題。能源費(fèi)貴、設(shè)備貴這都只是其中一個(gè)因素，更多的是技術(shù)因素。產(chǎn)能沒(méi)有釋放、裝備技術(shù)不過(guò)關(guān)、上漿劑占比高、纖維合格率低、質(zhì)量不能滿足應(yīng)用要求等都是技術(shù)問(wèn)題。高質(zhì)量、低成本通過(guò)合理的技術(shù)手段是可以實(shí)現(xiàn)的。對(duì)碳纖維我們提出到2030年，價(jià)格爭(zhēng)取做到10美元/kg；前段時(shí)間波音公司的華人專家來(lái)訪，他們提出5美元/磅的目標(biāo)，這個(gè)目標(biāo)是差不多的，基本已經(jīng)達(dá)到極限。對(duì)復(fù)合材料企業(yè)，降低成本應(yīng)該在復(fù)材的成型工藝上和工裝上下功夫。

    藍(lán)色蝴蝶分隔線Q：碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化是產(chǎn)學(xué)研合作的典范，您在合作過(guò)程中是否遇到一些問(wèn)題制約著項(xiàng)目的推進(jìn)？同質(zhì)化發(fā)展的碳纖維企業(yè)較多，給市場(chǎng)帶來(lái)哪些問(wèn)題？想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展，您有哪些建議？

    A：以前大家認(rèn)為校企合作，各取所需，研究人員關(guān)注名、企業(yè)關(guān)注利，但是現(xiàn)在科研人員也關(guān)注利了，企業(yè)也關(guān)注名了，重疊以后就容易出現(xiàn)矛盾。與企業(yè)的合作過(guò)程中責(zé)任和利益是其間遇到的第一個(gè)大問(wèn)題。另外，由于企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)壓力比較大，因此合作雙方的相互信任度也會(huì)制約著合作的深入。科研人員和企業(yè)肯定不是一對(duì)一合作，有時(shí)候與企業(yè)合作到一定程度后，他們會(huì)豎起壁壘，對(duì)研究人員進(jìn)行封鎖，往往就會(huì)導(dǎo)致最后一步走不好。

    從去年開始，我覺(jué)得碳纖維行業(yè)在逐漸變好，已經(jīng)裝備運(yùn)行的企業(yè)有26家，其中1家只做原絲、10家只做碳纖維不做原絲、15家既做碳纖維也做原絲，而16家做原絲的企業(yè)中，13家采用二甲基亞砜技術(shù)、2家是硫氰酸鈉技術(shù)、1家是二甲基乙酰胺技術(shù)，這就是國(guó)內(nèi)的整體格局。為什么說(shuō)去年情況變好了呢？因?yàn)槿ツ暧衅甙思移髽I(yè)停產(chǎn)了，停產(chǎn)以后對(duì)產(chǎn)能的影響是2000噸，產(chǎn)能小、水平不高在競(jìng)爭(zhēng)中就會(huì)被淘汰。如果再調(diào)整七八家，國(guó)內(nèi)碳纖維行業(yè)的集成度進(jìn)一步提高，行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)會(huì)更好。競(jìng)爭(zhēng)與整合對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)比較殘忍，因?yàn)樘祭w維企業(yè)投入比較大，但是從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)看，這是必須經(jīng)歷的陣痛。我們希望企業(yè)發(fā)展好、行業(yè)發(fā)展好，企業(yè)好了我們?nèi)兆右埠茫芯咳藛T和行業(yè)是相輔相成的。現(xiàn)在的碳纖維企業(yè)多是同質(zhì)化發(fā)展，做的東西也一樣，想要整合也比較困難。

    碳纖維行業(yè)有個(gè)非常大的瓶頸和軟肋就是缺乏纖維應(yīng)用設(shè)計(jì)能力。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所有的碳纖維都是國(guó)外先用，我們學(xué)的，國(guó)內(nèi)沒(méi)有開發(fā)出新的應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)槲覀儾粫?huì)設(shè)計(jì)，通過(guò)各種渠道了解國(guó)外用的哪個(gè)型號(hào)的纖維，我們也只敢用同一型號(hào)的纖維。航空航天領(lǐng)域還是有一些設(shè)計(jì)能力的，畢竟發(fā)展的時(shí)間比較長(zhǎng)，其他工業(yè)領(lǐng)域幾乎沒(méi)有創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，所以中國(guó)一定要培育自己的纖維應(yīng)用設(shè)計(jì)人才。如果這個(gè)問(wèn)題不解決，這個(gè)行業(yè)會(huì)一直被憋住。我認(rèn)為可以把高校里面力學(xué)設(shè)計(jì)和材料研究人員組建成團(tuán)隊(duì)，在工作中去融合，可能會(huì)較快解決這個(gè)問(wèn)題。

    還有一個(gè)空白就是我們沒(méi)有碳纖維材料及應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)，航空航天有一些，但是這個(gè)數(shù)據(jù)是保密的。碳纖維復(fù)合材料更大的市場(chǎng)在工業(yè)領(lǐng)域，缺少應(yīng)用設(shè)計(jì)人才和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐，相對(duì)金屬材料比較完善的人才和設(shè)計(jì)手冊(cè)來(lái)講，難度較大。10年前我就在呼吁建立數(shù)據(jù)庫(kù)，但是這是一個(gè)很龐大的工程，也想通過(guò)與國(guó)外專家的交流，了解大體框架，少走彎路，不然全靠我們自己去摸索，十幾年都是不夠的，況且現(xiàn)在還沒(méi)有得到重視，還沒(méi)有起步。

    直10、直19機(jī)身都大量使用了碳纖維總體來(lái)說(shuō)，碳纖維行業(yè)堅(jiān)定地走國(guó)產(chǎn)化這條道路是非常好的，航空航天領(lǐng)域大家心比較齊，只要國(guó)內(nèi)有的我們不用國(guó)外的。我們也要認(rèn)清現(xiàn)實(shí)，報(bào)道要實(shí)事求是，不能虛胖，不然容易誤導(dǎo)決策者，5年一次計(jì)劃，這個(gè)時(shí)間耽擱不起。我們雖然起步比較早，但是前面35年都在徘徊，入門也就16、17年時(shí)間，發(fā)展已經(jīng)比較快了，出現(xiàn)任何問(wèn)題都是正常的，不用回避。希望同心協(xié)力，實(shí)現(xiàn)碳纖維產(chǎn)業(yè)良好、健康的發(fā)展。

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