碳纖維 拿什么來(lái)愛(ài)你？

碳纖維（Carbon Fiber）是一種纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，直徑一般為5～7微米，約為成年人頭發(fā)直徑的十分之一。碳纖維的起源可追溯到19世紀(jì)后期，美國(guó)人愛(ài)迪生用碳絲制作燈泡的燈絲，從而發(fā)明了電燈，給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了光明。但是在20世紀(jì)初期，美國(guó)通用電器公司的庫(kù)里基發(fā)明了用鎢絲取代碳絲作為燈絲，并一直沿用至今。這使得碳絲一度退出了歷史舞臺(tái)。

直到20世紀(jì)50年代，在美蘇冷戰(zhàn)和爭(zhēng)霸的時(shí)代背景下，為了解決戰(zhàn)略武器的耐高溫和耐燒蝕材料，碳纖維再次進(jìn)入人們的視野。并自此以后，在材料科學(xué)領(lǐng)域掀起了碳纖維研究與開(kāi)發(fā)熱潮，各種有機(jī)纖維被用來(lái)嘗試制備碳纖維。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，形成了聚丙烯腈、瀝青和粘膠三大原料體系。

當(dāng)然，碳纖維的使用不僅限于工業(yè)領(lǐng)域，它在民用領(lǐng)域，尤其是在運(yùn)動(dòng)休閑領(lǐng)域中也一直獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，像高爾夫球桿、釣魚(yú)竿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、自行車(chē)、滑雪杖、滑雪板、帆板桅桿、航海船體等高檔運(yùn)動(dòng)休閑用品都是碳纖維的主要應(yīng)用領(lǐng)域。近幾年來(lái)，碳纖維開(kāi)始走進(jìn)普通民眾的生活，像音響、浴霸、取暖器等家用電器以及手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品我們也都看到了碳纖維的身影。顯然，碳纖維的市場(chǎng)空間得到了紡織行業(yè)的關(guān)注，該產(chǎn)業(yè)也由此蓬勃發(fā)展起來(lái)。

誰(shuí)為碳纖維護(hù)航

碳纖維在紡織行業(yè)正“如日中天”，并成為不可取代的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，正吸引著大批國(guó)內(nèi)企業(yè)不惜重金投資、大手筆進(jìn)入該領(lǐng)域。

“2005年當(dāng)我第一次調(diào)研碳纖維時(shí)，我信心十足。經(jīng)過(guò)這幾年，體會(huì)頗多，其他的產(chǎn)品做得再好，碳纖維卻不一定能做好。” 從中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)張國(guó)良的一席話中可知，21 世紀(jì)初國(guó)內(nèi)幾十家大型國(guó)企以及各路民營(yíng)企業(yè)紛紛投身碳纖維產(chǎn)業(yè)，正是這種初生牛犢不怕虎的干勁快速催生了國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)在短短幾年內(nèi)從無(wú)到有進(jìn)而過(guò)渡至“遍地開(kāi)花”的態(tài)勢(shì)，2004～2008年產(chǎn)能年均增速超過(guò)100%，但是由于在一些關(guān)鍵技術(shù)上仍未取得突破，生產(chǎn)線運(yùn)行及產(chǎn)品質(zhì)量極不穩(wěn)定，“有產(chǎn)能無(wú)產(chǎn)量”的裝置比比皆是。

對(duì)此，天津紡織工程研究院教授聞艷萍認(rèn)為，提高原絲質(zhì)量是穩(wěn)定生產(chǎn)、提高碳纖維產(chǎn)量的重中之重；其次，由于碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn)所涉及學(xué)科較多，特別是用于軍工產(chǎn)品的材料更是需要反復(fù)試驗(yàn)，因此，應(yīng)采取行政和市場(chǎng)雙管齊下，即由碳纖維的最終用戶(hù)牽頭組織科研、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造，協(xié)同開(kāi)展碳纖維的基礎(chǔ)研究。

無(wú)獨(dú)有偶，中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)徐堅(jiān)博士也深有同感，他對(duì)國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)所需的原絲落后情況作了形象的比喻：“孩子身高如果只有一米七，你很難指望他成長(zhǎng)為籃球巨星。先天不足，后天則很難有所突破?！彼榻B說(shuō)，在碳纖維制備過(guò)程中，僅單體聚合和聚合物紡絲這一流程，就有將近200米生產(chǎn)線，上千個(gè)工藝控制點(diǎn)，調(diào)整其中任意一個(gè)控制點(diǎn)都可能對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。原絲預(yù)氧化還有近200米生產(chǎn)線以及上千個(gè)工藝控制點(diǎn)。對(duì)于這些問(wèn)題，目前在沒(méi)有充分研發(fā)和相關(guān)數(shù)據(jù)支撐條件下，難以用理論和模型來(lái)描述這一復(fù)雜過(guò)程，以及影響因素眾多的碳纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)—性能—工藝條件的相關(guān)性。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)著眼高端

2012年8月，國(guó)內(nèi)第一條千噸級(jí)干噴濕紡T700碳纖維生產(chǎn)線在中復(fù)神鷹碳纖維有限公司正式投產(chǎn)。T700碳纖維的成功研發(fā)標(biāo)志著高新技術(shù)纖維實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)、打破了發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)壟斷。

碳纖維著眼高端是行業(yè)內(nèi)的共識(shí)，目前高端玻璃纖維的綜合性能已經(jīng)接近T300級(jí)碳纖維，日本已經(jīng)開(kāi)始淘汰T300，因此，我國(guó)在低端產(chǎn)品上耗費(fèi)精力沒(méi)有太多意義。而且碳纖維下游應(yīng)用領(lǐng)域很多工藝設(shè)備都是從國(guó)外進(jìn)口，如風(fēng)力葉片、電纜芯、建筑補(bǔ)強(qiáng)等，應(yīng)用要求起點(diǎn)比較高，這也促使我們的產(chǎn)業(yè)必須盯住高端，緊抓不放。

國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢(xún)委員會(huì)副主任李克健表示，在過(guò)去幾十年中，碳纖維攻關(guān)一直備受各方關(guān)注，但成效卻并不明顯，目前我國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有30多家，大部分屬于低水平重復(fù)建設(shè)，技術(shù)并不過(guò)關(guān)；規(guī)劃產(chǎn)能高達(dá)7萬(wàn)～ 8萬(wàn)噸/年，實(shí)際產(chǎn)量卻僅有2000噸左右，大部分達(dá)不到T300水平，不能滿(mǎn)足高技術(shù)產(chǎn)品要求，故而銷(xiāo)路不暢，每年還要進(jìn)口6000～7000噸。

對(duì)此，李克健呼吁，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要在政府指導(dǎo)下有序進(jìn)行。國(guó)家提出的碳纖維發(fā)展方向非常正確，但要避免企業(yè)投政府所好而盲目上項(xiàng)目。希望相關(guān)部門(mén)做好論證和監(jiān)督工作，避免把碳纖維當(dāng)成“政績(jī)工程”、“面子工程”。

需求支撐行業(yè)發(fā)展

尚普咨詢(xún)發(fā)布的《2010-2013年中國(guó)碳纖維市場(chǎng)分析調(diào)查報(bào)告》指出，“十二五”期間，國(guó)家將重點(diǎn)提升高性能增強(qiáng)纖維規(guī)?；苽渌剑e極開(kāi)展高強(qiáng)、高模等系列碳纖維開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，加快發(fā)展碳纖維等新材料，快速推進(jìn)碳纖維材料在交通運(yùn)輸、航空航天、醫(yī)療器械、風(fēng)電設(shè)備、汽車(chē)制造等領(lǐng)域的應(yīng)用。

碳纖維工程提出的目標(biāo)是到2015年，碳纖維產(chǎn)能達(dá)到1.2萬(wàn)噸，基本滿(mǎn)足航空航天、風(fēng)力發(fā)電、運(yùn)輸裝備等需求。李克健認(rèn)為，在2015年產(chǎn)能達(dá)到1.2萬(wàn)噸，這個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)難度不大，因?yàn)槟壳敖ǔ僧a(chǎn)能已接近1萬(wàn)噸。

此外，有專(zhuān)家分析指出，除了國(guó)家相關(guān)政策的引導(dǎo)和支持以外，風(fēng)電行業(yè)作為碳纖維應(yīng)用的主要應(yīng)用行業(yè)正在迎來(lái)快速發(fā)展期，海上風(fēng)電要求更輕質(zhì)、更抗拉力的新材料設(shè)備，碳纖維成為不二之選。未來(lái)幾年內(nèi)，碳纖維風(fēng)電葉片制造的技術(shù)水平將更加完善，隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電裝置大量建設(shè)以及一批相關(guān)工程的陸續(xù)上馬，碳纖維需求量將呈現(xiàn)迅猛增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)；在體育用品方面，僅全球每年2000萬(wàn)副碳纖維釣魚(yú)竿以及600萬(wàn)副網(wǎng)球拍框架的總需求量足以在推動(dòng)行業(yè)發(fā)展上起到舉足輕重的作用。即便如此，目前我國(guó)碳纖維的需求缺口仍在70%以上，預(yù)計(jì)到2015年，國(guó)內(nèi)碳纖維總需求量將達(dá)到13500噸/年，未來(lái)幾年碳纖維市場(chǎng)將出現(xiàn)快速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，年均增速將達(dá)18.41%。目前國(guó)內(nèi)碳纖維實(shí)際產(chǎn)量不足2000噸，自給率不足30%，因此國(guó)內(nèi)碳纖維需求缺口仍然很大。

像重視孩子般重視技術(shù)研發(fā)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大中型企業(yè)研發(fā)經(jīng)費(fèi)占銷(xiāo)售額的比重僅為0.93%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的2.5%～4%。企業(yè)自覺(jué)成長(zhǎng)遠(yuǎn)比自上而下地推動(dòng)能量巨大，然而能不能準(zhǔn)確洞察市場(chǎng)縫隙并且耐得住暫時(shí)的寂寞，卻要仰仗企業(yè)家的眼界和素質(zhì)。

據(jù)徐堅(jiān)介紹，碳纖維制備過(guò)程包括溶液聚合、纖維成型、氧化碳化、表面處理等多道工藝，工藝總路線可能超過(guò)350米?！案咝？蒲性核豢赡苡心敲撮L(zhǎng)的生產(chǎn)線以及如此復(fù)雜的控制系統(tǒng)，要堅(jiān)持以企業(yè)為主體的技術(shù)創(chuàng)新，才能把技術(shù)有效地集成起來(lái)?！毙靾?jiān)說(shuō)，碳纖維領(lǐng)域是綜合型學(xué)科的交叉產(chǎn)業(yè)，比如其中涉及了高分子化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、高溫氧化工程等，企業(yè)各有所長(zhǎng)，但都沒(méi)有全面掌握原絲和碳絲生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，加之企業(yè)的生產(chǎn)線相互保密，導(dǎo)致國(guó)家科研投入雖高，但效益十分低下。

企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品研發(fā)的冷淡在一定程度上說(shuō)明了企業(yè)對(duì)開(kāi)發(fā)出令競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無(wú)法企及的產(chǎn)品的無(wú)望，而尖端產(chǎn)品的研發(fā)周期和研發(fā)經(jīng)費(fèi)過(guò)長(zhǎng)過(guò)高，也讓不少企業(yè)，尤其是民營(yíng)企業(yè)望而卻步。如此一來(lái)，“產(chǎn)學(xué)研用”無(wú)疑將永遠(yuǎn)停留在口號(hào)階段，且很難從根本上扭轉(zhuǎn)這一局面。長(zhǎng)此以往，與國(guó)外同行相較之下，結(jié)果只有弱的更弱，強(qiáng)的更強(qiáng)。隨之而來(lái)的技術(shù)壁壘、貿(mào)易壁壘、標(biāo)準(zhǔn)制定規(guī)則等問(wèn)題也將接踵而至，碳纖維制造行業(yè)將始終身處他人制定規(guī)則的游戲當(dāng)中。

對(duì)此，徐堅(jiān)滿(mǎn)懷惆悵，如果中國(guó)的企業(yè)都像“哺育”孩子一樣開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，把教育孩子的觀念用到企業(yè)的科技創(chuàng)新上，像重視養(yǎng)育孩子那樣重視企業(yè)的技術(shù)研發(fā)，碳纖維的未來(lái)才能真正有希望。

記者手記

眼界與理念決定成敗

采訪中，一種說(shuō)法引起了記者的注意，“19世紀(jì)是鐵的時(shí)代，20世紀(jì)是硅的時(shí)代，21世紀(jì)可能是碳的時(shí)代?！钡拇_，小到滑板魚(yú)竿，大到航天器外殼，碳纖維的身影隨處可見(jiàn)。在記者看來(lái)，目前對(duì)于這個(gè)產(chǎn)業(yè)中的企業(yè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)最好的時(shí)代，也是一個(gè)最壞的時(shí)代。好的是碳纖維應(yīng)用量大面廣，對(duì)提高人民生活質(zhì)量舉重若輕；壞的是隨著技術(shù)的日新月異，想要跟上科技進(jìn)步的步伐已非常困難。

包括碳纖維在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)的種種癥結(jié)，說(shuō)到底，還是技術(shù)水平不高所導(dǎo)致，國(guó)外對(duì)高精尖技術(shù)的封鎖、國(guó)內(nèi)研發(fā)實(shí)力偏弱，使得碳纖維的技術(shù)攻關(guān)長(zhǎng)久以來(lái)處在一種“虛弱”的狀態(tài)，如何解決？恐怕還是要借用徐堅(jiān)的話，如果中國(guó)的企業(yè)都學(xué)會(huì)像“哺育”孩子一樣開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，把教育孩子的觀念用到企業(yè)的科技創(chuàng)新上，像重視養(yǎng)育孩子那樣重視企業(yè)的技術(shù)研發(fā)，碳纖維的未來(lái)才能真正有希望。（姚東）