文/本刊記者 黃芳芳

走在十字路口的碳纖維產(chǎn)業(yè)

文/本刊記者 黃芳芳

在新材料里，石墨烯仰望著碳纖維，渴望同樣有一個(gè)高端應(yīng)用的起點(diǎn)。然而，碳纖維又以誰為榜樣呢？

突破封鎖

“石墨烯比我們會(huì)宣傳！”北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長、國家碳纖維工程技術(shù)研究中心主任徐樑華笑言?！靶麄骺梢蕴撘稽c(diǎn)，但材料一定要用出去。如果研究一個(gè)材料，沒研究到用的地方，等于白研究。”

“這一輩子就干了一件事！”說起老本行，徐樑華對(duì)《經(jīng)濟(jì)》記者笑道。1986年，他畢業(yè)后投身碳纖維研究，當(dāng)時(shí)我國研究碳纖維已有十幾年了。那會(huì)兒干得很苦。他總結(jié)了幾點(diǎn)原因：技術(shù)積累不夠、科技投入較少、條塊分割嚴(yán)重。“碳纖維是跨學(xué)科的，但當(dāng)時(shí)的學(xué)科之間幾乎沒有交叉，導(dǎo)致相互之間的技術(shù)鏈條未打通?！?/p>

碳纖維是國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略性新材料，技術(shù)含量高、輻射面廣、帶動(dòng)力強(qiáng)，在國防軍工、航空航天、汽車工業(yè)、能源裝備、建筑工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

“當(dāng)時(shí)撞墻的心都有！無論怎么試，都不成！”2000年，徐樑華入行整15年。令他苦悶的是，依然沒有找到碳纖維的制備方法。

后來他去國外待了兩個(gè)多月，突然離開“現(xiàn)場”。他慢慢靜下來，大學(xué)里學(xué)的知識(shí)在腦中閃現(xiàn)，讓他豁然開朗。等他回國后一實(shí)驗(yàn)，竟做成了！“干活的時(shí)候，老是繃緊神經(jīng)也不行，放松一下也許就行了?！毙鞓湃A笑言，現(xiàn)在覺得很容易，但在當(dāng)時(shí)是摸黑尋找方法，沒有抓手。

“從2000年用二甲基亞砜技術(shù)做出碳纖維后，國產(chǎn)碳纖維有序發(fā)展的時(shí)期開始了?！毙鞓湃A淡淡地笑著。

“其實(shí)，碳纖維技術(shù)國外早就成熟了，但對(duì)它的封鎖非常厲害。一方面，它屬于敏感材料，基本上禁運(yùn)。另一方面，我們與發(fā)達(dá)國家差距大，人家不屑于與我們的技術(shù)人員交流?！闭缥覈牧峡茖W(xué)家?guī)煵w先生所說：“我國的碳纖維是在沒有可借鑒的情況下，自主研發(fā)的?！?/p>

不僅材料封鎖，裝備也有限制。目前國內(nèi)設(shè)備多數(shù)由美國、德國引進(jìn)，但采取許可證制，對(duì)設(shè)備的性能指標(biāo)或參數(shù)進(jìn)行限制，主要為了防止生產(chǎn)軍用、高端的碳纖維?！拔覀冎荒茏鲞m應(yīng)性改造?！毙鞓湃A表示，中小型的裝置我們可以做，但在精度、可控性、連續(xù)使用壽命等方面，還略有欠缺。

探索應(yīng)用

碳纖維在國防安全中的地位至關(guān)重要，全世界都一樣?，F(xiàn)代軍事裝備和航天航空領(lǐng)域都離不開碳纖維或其他高性能纖維。就應(yīng)用效果與成本特征而言，碳纖維仍是一個(gè)小眾產(chǎn)品。

國際上碳纖維需求量主要來自航空航天領(lǐng)域，如波音787、空客350、空客380等大飛機(jī)，約占20%，體育用品約20%，工業(yè)領(lǐng)域約占60%。但國內(nèi)工業(yè)需求量相當(dāng)?shù)停祭w維主要應(yīng)用在體育休閑領(lǐng)域，約占70%，而在航空航天領(lǐng)域不到10%。

我國經(jīng)過多年的積累和投入，在航天航空領(lǐng)域具備了較好的設(shè)計(jì)能力，但工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)能力相對(duì)較弱，亟需根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立數(shù)據(jù)庫，培育高水平的設(shè)計(jì)能力。

以汽車用碳纖維復(fù)合材料為例，寶馬I3系全復(fù)合材料車型的研發(fā)，引發(fā)了我國汽車應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料的研究熱潮。

香港科技大學(xué)霍英東研究院先進(jìn)材料研發(fā)部總監(jiān)呂冬給記者算了一筆賬，我國每年汽車產(chǎn)銷量2000多萬輛。若一輛車使用10-20公斤的碳纖維復(fù)合材料來替代金屬結(jié)構(gòu)件或程力件，將實(shí)現(xiàn)一個(gè)用量的跨越，成為一個(gè)遠(yuǎn)超10億美元的市場。

但是寶馬I3系列的市場反響不如預(yù)期。隨著寶馬后續(xù)幾款車型所用材料出現(xiàn)了金屬化回歸。

徐樑華認(rèn)為，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用在汽車上前景要謹(jǐn)慎樂觀。一方面，鋼便宜，碳纖維復(fù)合材料貴，可能會(huì)影響消費(fèi)者的購買力?！叭绻犹祭w維貴，說明它不是一個(gè)理想的應(yīng)用場景?！绷硪环矫?，碳纖維復(fù)合材料綜合性能好，但一撞就碎。比如，采用碳纖維復(fù)合材料的F1賽車即便撞碎了但抵消了沖撞力，保護(hù)賽車手。但家庭乘用車不能一撞就碎，而且投保難。

“目前碳纖維復(fù)合材料沒有大規(guī)模應(yīng)用到汽車上，主要是它的生產(chǎn)效率趕不上汽車的生產(chǎn)效率。大部分碳纖維復(fù)合材料用在對(duì)成本和生產(chǎn)效率不太敏感的領(lǐng)域?！眳味瑢?duì)記者補(bǔ)充道。

在汽車領(lǐng)域，徐樑華認(rèn)為，用在儲(chǔ)氫罐上比作汽車結(jié)構(gòu)件要有前途。目前國外氫燃料動(dòng)力汽車?yán)锩娴膬?chǔ)氫罐多采用碳纖維復(fù)合材料，儲(chǔ)氫容量大。未來隨著氫燃料動(dòng)力汽車數(shù)量增多，也會(huì)加大碳纖維復(fù)合材料的用量。

產(chǎn)能的誘惑

由于碳纖維是國家關(guān)心的戰(zhàn)略物資，很多地方政府對(duì)它感興趣。今年，沒有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的山東省臨淄市臨淄區(qū)、山東省榮成市、黑龍江省大慶市對(duì)布局碳纖維項(xiàng)目興致頗高。

據(jù)臨淄區(qū)政府網(wǎng)站顯示，2017年2月，中國華電集團(tuán)到該區(qū)考察洽談總投資為60億元的碳纖維項(xiàng)目，產(chǎn)線分兩期建設(shè)，初期年產(chǎn)1000噸，后期可擴(kuò)至4000噸。

記者從黑龍江省大慶市政府網(wǎng)站獲知，8月，大慶緣通碳纖維制造項(xiàng)目在大慶市經(jīng)開區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)園奠基。該項(xiàng)目建成投產(chǎn)后可年產(chǎn)1萬噸碳纖維產(chǎn)品。

此外，康得集團(tuán)與山東榮成市政府欲共同投資500億元，建年產(chǎn)6.6萬噸高性能碳纖維生產(chǎn)基地。

“國內(nèi)已經(jīng)突破了T1000G級(jí)碳纖維技術(shù)，千噸T800級(jí)碳纖維已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！辟惖现菐煸牧瞎I(yè)研究所副所長曾昆對(duì)《經(jīng)濟(jì)》記者表示，我國加快發(fā)展碳纖維行業(yè)，不僅可以滿足導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星飛行器和大飛機(jī)等高精尖領(lǐng)域需求，對(duì)于保障國家安全意義重大。還可以滿足汽車、建筑、風(fēng)電、體育休閑等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的需求，帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

因此，地方政府更看重未來新產(chǎn)業(yè)對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用。但在徐樑華看來，這類大手筆的投資建設(shè)，更需要理性思考。

大規(guī)模建廠擴(kuò)大碳纖維產(chǎn)能是好事。但不能忽視碳纖維企業(yè)虧損的事實(shí)。

“10年前，一公斤的碳纖維T300幾百元到上千元不等。現(xiàn)在約100元/公斤，高質(zhì)量的碳纖維不超過200元/公斤?！眳味瑢?duì)記者說。

碳纖維價(jià)格下降，復(fù)合材料界很高興，但對(duì)碳纖維企業(yè)不是一個(gè)好消息?！坝袝r(shí)候我們買碳纖維，日本的比國產(chǎn)的還便宜?！眳味徺I碳纖維原料做復(fù)合材料發(fā)現(xiàn)這個(gè)怪現(xiàn)象。細(xì)琢磨，其實(shí)是外國打壓我們的過程。日本、德國公司技術(shù)儲(chǔ)備雄厚，它們可以放棄低端產(chǎn)品的利潤。但在這種情況下，國內(nèi)生產(chǎn)碳纖維絲的企業(yè)虧損非常常見?！百u得越多虧得越多?！?/p>

目前國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)仍沿用15年前的制備方法。令徐樑華意外的是，業(yè)內(nèi)升級(jí)技術(shù)的意識(shí)并不強(qiáng)烈，“因?yàn)榇蠖鄶?shù)企業(yè)還在虧損，沒有精力去改進(jìn)，這也恰是科研院所義不容辭的事?！?/p>

“政府還要加強(qiáng)引導(dǎo)，防止地方政府盲目上碳纖維項(xiàng)目，出現(xiàn)低端產(chǎn)能過剩現(xiàn)象?！痹ブ锌系卣f。

另外，對(duì)于國外企業(yè)的打壓行為，曾昆建議，一是國內(nèi)企業(yè)還是要增強(qiáng)自身競爭力，提高碳纖維性能和質(zhì)量，加大和下游用戶的合作，開展應(yīng)用技術(shù)研發(fā)和擴(kuò)散；二是國內(nèi)企業(yè)要抱團(tuán)取暖，擴(kuò)大規(guī)模，通過規(guī)?；a(chǎn)降低成本；三是要積極爭取國家支持，比如申請(qǐng)新材料首批次應(yīng)用保險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制，申請(qǐng)籌建新材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺(tái)等。

從搶蛋糕到做蛋糕

“當(dāng)初，我準(zhǔn)備將我們研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)增韌技術(shù)在工業(yè)界轉(zhuǎn)化，恰好碰到生產(chǎn)無人船的珠海云洲智能公司覺得這項(xiàng)技術(shù)適合他們的無人船?！眳味嬖V記者，他們做了一系列放大實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)后，2016年該公司用純碳纖維復(fù)合材料或者混合纖維復(fù)合材料替換了原來的材料?！笆褂锰祭w維復(fù)合材料以后，可為中型無人船減重一百多公斤，可以多儲(chǔ)油或增加電池，增強(qiáng)續(xù)航能力。消費(fèi)者對(duì)這家公司使用碳纖維復(fù)合材料接受度很高?！?/p>

相信以后，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)逐漸被挖掘出來?！拔覀円獙W(xué)會(huì)從分蛋糕轉(zhuǎn)變?yōu)楫嫷案?、做蛋糕。”徐樑華表示，中國的工業(yè)很發(fā)達(dá)，有很多地方需要先進(jìn)材料。我們應(yīng)該改變喜歡跟國外學(xué)的思維，要重視原始創(chuàng)新。

未來，碳纖維企業(yè)經(jīng)歷大浪淘沙以后，會(huì)出現(xiàn)以幾家龍頭企業(yè)為核心的產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)?，F(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，仍不夠理想。中國碳纖維行業(yè)的發(fā)展要有自己的應(yīng)用能力，不能總跟隨國外。“當(dāng)我們開發(fā)出一個(gè)國外沒有的、標(biāo)志性的碳纖維應(yīng)用市場時(shí)，這個(gè)行業(yè)才算有競爭力。”徐樑華笑道，但現(xiàn)在可能還卡在設(shè)計(jì)能力上。