自主可控，國產(chǎn)高性能纖維材料產(chǎn)業(yè)的不二法門

■ 本刊記者_(dá)郭春花

大力發(fā)展高性能纖維產(chǎn)業(yè)，一直是我國化纖工業(yè)推進(jìn)自主創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級的主攻方向，并在近年取得了重大突破。

今年以來，加快建設(shè)具有完整性、先進(jìn)性、安全性的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系，被擺在越來越重要的位置。高性能纖維材料是關(guān)系國家戰(zhàn)略安全的軍民兩用新型材料，是國防高科技產(chǎn)品中不可替代的關(guān)鍵材料，是交通運(yùn)輸、海洋工程等重大領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)材料，是《中國制造2025》的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，其完整性、先進(jìn)性、安全性更加令人矚目。

近日，在青島舉行的第八屆中國先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)博覽會暨軍民兩用新材料大會上，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長端小平對話中國科學(xué)院院士、南京理工大學(xué)教授陳光，東華大學(xué)教授徐桂銀，江蘇奧神新材料股份有限公司董事長王士華，中國化纖協(xié)會、中國復(fù)合材料協(xié)會技術(shù)專家、中復(fù)神鷹技術(shù)專家張定金，中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、國家工程研究中心副主任田愛琴，圍繞如何建設(shè)自主可控的先進(jìn)材料現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系展開了探討。

國產(chǎn)高性能纖維材料令人自豪

作為纖維材料領(lǐng)域中的“金字塔”，高性能纖維材料的生產(chǎn)技術(shù)、裝備、產(chǎn)品一直被發(fā)達(dá)國家封鎖。大力發(fā)展高性能纖維產(chǎn)業(yè)，打破國外封鎖與壟斷，進(jìn)一步提升我國軍事裝備實(shí)力和國民經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)升級，一直是我國化纖工業(yè)推進(jìn)自主創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級的主攻方向，并在近年取得了重大突破。

“十三五”時(shí)期，我國高性能纖維新材料技術(shù)穩(wěn)步提升，不斷滿足航空航天、國防軍工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域發(fā)展需求。碳纖維干噴濕紡和濕法紡絲工藝技術(shù)逐漸完善，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升，高端產(chǎn)品品種逐步豐富，T1000 級、M40、M40J、M55J 等碳纖維已具備工程化制備能力，25K 大絲束碳纖維實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；千噸級對位芳綸工程化關(guān)鍵技術(shù)和裝備取得突破，高強(qiáng)型、高模型對位芳綸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；高強(qiáng)高模聚酰亞胺纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維、連續(xù)玄武巖纖維等實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。

碳纖維是這其中具有代表性的材料之一。張定金介紹，中復(fù)神鷹碳纖維公司十多年的發(fā)展，正好是國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)整體突破“從無到有”的階段。公司立足自主創(chuàng)新，自主研制了PAN纖維快速均質(zhì)預(yù)氧化、碳化集成技術(shù)，首次構(gòu)建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干噴濕紡千噸級高強(qiáng)/百噸級中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系，成為我國首個(gè)、世界第三個(gè)攻克干噴濕紡工藝難題的企業(yè)，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了T700 級、T800 級、T1000 級等不同級別碳纖維的工業(yè)化量產(chǎn)，成功填補(bǔ)了國內(nèi)碳纖維高端技術(shù)的空白，打破了國外巨頭在中國市場的長期壟斷。2017 年，公司“干噴濕紡千噸級高強(qiáng)/百噸級中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，是我國碳纖維行業(yè)所獲得的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。如今，中復(fù)神鷹的碳纖維已成功應(yīng)用在航空航天、衛(wèi)星、高鐵等領(lǐng)域。

“在研發(fā)過程中，我們也遇到了一系列技術(shù)攻關(guān)，比如計(jì)量泵和噴絲板，這些都是國際封鎖的關(guān)鍵技術(shù)裝備。但在大家的努力下，這些問題都已經(jīng)解決了。在碳纖維領(lǐng)域，我可以很自豪地告訴大家，我們已經(jīng)基本解決了‘卡脖子’問題，碳纖維已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化?！?/p>

奧神新材的聚酰亞胺纖維也是典型的國產(chǎn)化高性能纖維。王士華介紹，奧神新材從2006年聯(lián)合東華大學(xué)從事聚酰亞胺纖維的研究，經(jīng)過十多年的發(fā)展，建成了全球首條千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產(chǎn)線，2016 年獲得了國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，兩次獲得中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，擁有50 多項(xiàng)發(fā)明專利。

“聚酰亞胺纖維成型難度非常大，全球真正能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)并不多。到目前為止，全世界產(chǎn)能也只有4000 噸。現(xiàn)在我們可以生產(chǎn)各種類型的聚酰亞胺纖維，可用于高溫過濾、氣體分離、鋼鐵冶煉、垃圾焚燒、特種防護(hù)等領(lǐng)域。經(jīng)過深度加工做成蜂窩材料后，還可以應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域，用途非常廣泛?！蓖跏咳A介紹。

自主可控須供需雙方共同發(fā)力

一代材料，一代裝備，一代產(chǎn)業(yè)。材料既是國民經(jīng)濟(jì)和人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)，也是帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的先導(dǎo)，將國產(chǎn)先進(jìn)材料應(yīng)用到裝備中實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化、可持續(xù)化是更重要的。

陳光表示，材料的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)，要遵循需求牽引、技術(shù)推動(dòng)原則。材料的生產(chǎn)者與裝備的設(shè)計(jì)者相輔相成。材料的生產(chǎn)者要根據(jù)市場需求來研究，裝備的設(shè)計(jì)者要有獨(dú)到的眼光來發(fā)現(xiàn)新材料；材料的生產(chǎn)者要將材料的優(yōu)缺點(diǎn)展示給裝備設(shè)計(jì)者，而裝備設(shè)計(jì)者要靠智慧將材料的優(yōu)勢最大化，要靠智慧規(guī)避材料的劣勢，同時(shí)要對材料生產(chǎn)者提出需求。

端小平提到，知己知彼百戰(zhàn)不殆，要想把材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展好，最重要的是要讓材料生產(chǎn)者看到差距，根據(jù)這些差距有針對性地去分析問題、解決問題，而如何發(fā)現(xiàn)這個(gè)差距需要材料使用者的深度參與。

近三年來，受疫情和中美貿(mào)易摩擦影響，一些以前依賴進(jìn)口的關(guān)鍵材料實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，并獲得了高度認(rèn)可，這其中就包括國產(chǎn)碳纖維。2020 年，我國風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫能、航天航空、體育用品等領(lǐng)域開始使用國產(chǎn)碳纖維，創(chuàng)造了碳纖維全行業(yè)盈利的歷史，并一直延續(xù)到今天?！巴ㄟ^實(shí)際應(yīng)用國產(chǎn)碳纖維，使用方感受到了國產(chǎn)碳纖維的高性價(jià)比。”端小平介紹。

張定金也用數(shù)據(jù)證實(shí)了近年來國產(chǎn)碳纖維的推廣情況?！?022 年國產(chǎn)碳纖維使用量是4.5 萬噸，進(jìn)口只有2.9 萬噸，今年也毫無疑問，國產(chǎn)肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過進(jìn)口?！彼榻B，我國研究開發(fā)碳纖維有其他國家無法比擬的優(yōu)勢，我們既有專門做碳纖維評估的機(jī)構(gòu)，碳纖維企業(yè)也各有側(cè)重點(diǎn)，有的專做民用，有的專做高性能，有的專門研究下一代產(chǎn)品，按照這個(gè)形勢，今后我國碳纖維性能會更高更完美，用量會更大，并且能很快走向世界。

聚酰亞胺被譽(yù)為“高分子材料金字塔的頂端”，是目前能夠投入實(shí)際使用的耐高溫性能最好的高分子材料。王士華介紹，聚酰亞胺纖維因?yàn)橄鄬^輕，最初是用于高溫過濾材料行業(yè)，后來開始拓廣到特種防護(hù)領(lǐng)域，涉及航空航天、國防軍工等，“以前我是天天在外跑市場，現(xiàn)在我都是坐在家里等客戶來咨詢。愿意試試聚酰亞胺纖維的領(lǐng)域越來越多?！?/p>

對于如何實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺纖維生產(chǎn)的自主可控，王士華認(rèn)為應(yīng)從工藝和裝備、原料、人才三個(gè)維度來看待，這三個(gè)條件奧神新材都已具備。首先，奧神新材擁有全球首條千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產(chǎn)線，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝和裝備；其次，所需原料均來自國產(chǎn)石油和化工產(chǎn)品；再次，公司非常注重人才隊(duì)伍建設(shè)，擁有一支穩(wěn)定的研發(fā)隊(duì)伍?？梢哉f，聚酰亞胺纖維可以真正實(shí)現(xiàn)自主可控。

徐桂銀自加入東華大學(xué)以來，深深感受到當(dāng)前國家對高性能纖維材料產(chǎn)業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)的重視。他介紹，近年來國家鼓勵(lì)高校老師下沉到一線企業(yè)去了解行業(yè)實(shí)際發(fā)展，高校也經(jīng)常搭建平臺吸引企業(yè)家來學(xué)校，互相交流痛點(diǎn)，開展合作，解決行業(yè)實(shí)際問題?！白寣I(yè)的人做專業(yè)的事情，產(chǎn)業(yè)的安全性將大大提高?！毙旃疸y談到。

端小平也呼吁各方要多多考察國產(chǎn)高性能纖維材料，多給國產(chǎn)企業(yè)一些機(jī)會，去體會一下它的高性價(jià)比。

作為高性能纖維材料的使用者，田愛琴表示，近年來，軌道交通裝備一直在向高速化、輕量化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展，這其中高性能纖維材料對于保障軌道交通的安全性、可靠性、舒適性以及運(yùn)營效率起到了至關(guān)重要的作用。中車公司所在的高鐵行業(yè)現(xiàn)在進(jìn)入了持續(xù)創(chuàng)新階段，核心技術(shù)就是應(yīng)用好材料，給乘客更滿意的舒適度以及體驗(yàn)感。對于下一代高鐵制造，所需材料很可能是以碳纖維為主。希望將來的碳纖維既要有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，又要保持穩(wěn)定的優(yōu)異性能，還希望具備更多的其他外部功能，比如隔熱、降噪、阻燃、耐擊打等。

做好自身，不懼挑戰(zhàn)迎接機(jī)遇

雖然當(dāng)前我國高性能纖維材料發(fā)展較快，但仍存在不少亟需提升的地方。張定金介紹，“與發(fā)達(dá)國家相比，國產(chǎn)碳纖維還有不小的差距。日本東麗的T1100 碳纖維經(jīng)過了十幾年才在去年實(shí)現(xiàn)千噸級量產(chǎn)，而我國的T1000 碳纖維目前還是百噸級，在時(shí)間上有差距，在量級上有差距，需要我們重視。此外，我們在人才隊(duì)伍和數(shù)據(jù)庫方面的建設(shè)，也面臨不小挑戰(zhàn)。”

對于當(dāng)前國產(chǎn)高性能纖維材料的發(fā)展，陳光用“機(jī)遇、挑戰(zhàn)”四個(gè)字做了概括。他說，有挑戰(zhàn)意味著有機(jī)遇，而機(jī)遇總是留給有準(zhǔn)備的人。材料研發(fā)者一定要加強(qiáng)自身的修煉，提前做好準(zhǔn)備，迎接即將到來的機(jī)遇。

端小平最后談到，中國的先進(jìn)材料要真正實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，真正變成先進(jìn)，一方面需要材料研發(fā)者持續(xù)地投入和創(chuàng)新，久久為功，另一方面也需要使用方大膽使用，只有用了才知道差距，才知道問題在哪里，才知道怎么改進(jìn)，怎么去提升中國的先進(jìn)材料。只有供需雙方攜手，才能有更加美好的未來。