走在十字路口的碳纖維產(chǎn)業(yè)

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，渴望同樣有一個高端應用的起點。然而，碳纖維又以誰為榜樣呢？

突破封鎖

“石墨烯比我們會宣傳！”北京化工大學材料科學與工程學院副院長、國家碳纖維工程技術研究中心主任徐樑華笑言。“宣傳可以虛一點，但材料一定要用出去。如果研究一個材料，沒研究到用的地方，等于白研究?！?/p>

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

碳纖維是國民經(jīng)濟和國防建設不可或缺的戰(zhàn)略性新材料，技術含量高、輻射面廣、帶動力強，在國防軍工、航空航天、汽車工業(yè)、能源裝備、建筑工程等領域應用廣泛。

“當時撞墻的心都有！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多月，突然離開“現(xiàn)場”。他慢慢靜下來，大學里學的知識在腦中閃現(xiàn)，讓他豁然開朗。等他回國后一實驗，竟做成了！“干活的時候，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，但在當時是摸黑尋找方法，沒有抓手。

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

“其實，碳纖維技術國外早就成熟了，但對它的封鎖非常厲害。一方面，它屬于敏感材料，基本上禁運。另一方面，我們與發(fā)達國家差距大，人家不屑于與我們的技術人員交流?！闭缥覈牧峡茖W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。”

不僅材料封鎖，裝備也有限制。目前國內(nèi)設備多數(shù)由美國、德國引進，但采取許可證制，對設備的性能指標或參數(shù)進行限制，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。

探索應用

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

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

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

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

香港科技大學霍英東研究院先進材料研發(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公斤的碳纖維復合材料來替代金屬結(jié)構(gòu)件或程力件，將實現(xiàn)一個用量的跨越，成為一個遠超10億美元的市場。

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

徐樑華認為，碳纖維復合材料應用在汽車上前景要謹慎樂觀。一方面，鋼便宜，碳纖維復合材料貴，可能會影響消費者的購買力。“如果嫌碳纖維貴，說明它不是一個理想的應用場景?！绷硪环矫妫祭w維復合材料綜合性能好，但一撞就碎。比如，采用碳纖維復合材料的F1賽車即便撞碎了但抵消了沖撞力，保護賽車手。但家庭乘用車不能一撞就碎，而且投保難。

“目前碳纖維復合材料沒有大規(guī)模應用到汽車上，主要是它的生產(chǎn)效率趕不上汽車的生產(chǎn)效率。大部分碳纖維復合材料用在對成本和生產(chǎn)效率不太敏感的領域。”呂冬對記者補充道。

在汽車領域，徐樑華認為，用在儲氫罐上比作汽車結(jié)構(gòu)件要有前途。目前國外氫燃料動力汽車里面的儲氫罐多采用碳纖維復合材料，儲氫容量大。未來隨著氫燃料動力汽車數(shù)量增多，也會加大碳纖維復合材料的用量。

產(chǎn)能的誘惑

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

據(jù)臨淄區(qū)政府網(wǎng)站顯示，2017年2月，中國華電集團到該區(qū)考察洽談總投資為60億元的碳纖維項目，產(chǎn)線分兩期建設，初期年產(chǎn)1000噸，后期可擴至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目在大慶市經(jīng)開區(qū)新材料產(chǎn)業(yè)園奠基。該項目建成投產(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級碳纖維技術，千噸T800級碳纖維已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?！辟惖现菐煸牧瞎I(yè)研究所副所長曾昆對《經(jīng)濟》記者表示，我國加快發(fā)展碳纖維行業(yè)，不僅可以滿足導彈、運載火箭、衛(wèi)星飛行器和大飛機等高精尖領域需求，對于保障國家安全意義重大。還可以滿足汽車、建筑、風電、體育休閑等國民經(jīng)濟領域的需求，帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

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

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

“10年前，一公斤的碳纖維T300幾百元到上千元不等?，F(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τ浾哒f。

碳纖維價格下降，復合材料界很高興，但對碳纖維企業(yè)不是一個好消息?！坝袝r候我們買碳纖維，日本的比國產(chǎn)的還便宜?！眳味徺I碳纖維原料做復合材料發(fā)現(xiàn)這個怪現(xiàn)象。細琢磨，其實是外國打壓我們的過程。日本、德國公司技術儲備雄厚，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。”

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)升級技術的意識并不強烈，“因為大多數(shù)企業(yè)還在虧損，沒有精力去改進，這也恰是科研院所義不容辭的事。”

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

另外，對于國外企業(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，開展應用技術研發(fā)和擴散；二是國內(nèi)企業(yè)要抱團取暖，擴大規(guī)模，通過規(guī)模化生產(chǎn)降低成本；三是要積極爭取國家支持，比如申請新材料首批次應用保險補償機制，申請籌建新材料生產(chǎn)應用示范平臺等。

從搶蛋糕到做蛋糕

“當初，我準備將我們研發(fā)的碳纖維復合材料增強增韌技術在工業(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技術適合他們的無人船?！眳味嬖V記者，他們做了一系列放大實驗、生產(chǎn)后，2016年該公司用純碳纖維復合材料或者混合纖維復合材料替換了原來的材料?！笆褂锰祭w維復合材料以后，可為中型無人船減重一百多公斤，可以多儲油或增加電池，增強續(xù)航能力。消費者對這家公司使用碳纖維復合材料接受度很高?！?/p>

相信以后，碳纖維的應用領域會逐漸被挖掘出來?！拔覀円獙W會從分蛋糕轉(zhuǎn)變?yōu)楫嫷案?、做蛋糕?！毙鞓湃A表示，中國的工業(yè)很發(fā)達，有很多地方需要先進材料。我們應該改變喜歡跟國外學的思維，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)展要有自己的應用能力，不能總跟隨國外。“當我們開發(fā)出一個國外沒有的、標志性的碳纖維應用市場時，這個行業(yè)才算有競爭力。”徐樑華笑道，但現(xiàn)在可能還卡在設計能力上。