我國實現T800高強度碳纖維量產 性能超日本東麗

孤寂如雲

碳纖維材料的微觀結構（資料圖片）

吹響材料強國“號角”——江蘇航科碳纖維材料研發紀實

用小小的纖維體來做自行車鋼鐵支架？沒錯，碳纖維的“小身板”中就蘊涵著這樣的大能量。不僅如此，它還在航天工業、國防軍工等領域大顯身手，被譽為工業界的“黑色黃金”。

然而，由於長期以來我國高性能碳纖維研發和產業化水平落後，加上國外的技術封鎖和產品禁運，相關材料需求常常陷於“無米之炊”的境地。

在此背景下，江蘇航科復合材料科技有限公司（以下簡稱航科）打出自主創新牌，生產出全球領先的T800碳纖維，率先突破國際高技術壟斷，開創了我國高技術裝備制造材料產業化新格局。


昔日之殤，今日之志

近日，德國寶馬公司新上市的i3電動車，用直徑僅有0.007毫米的碳纖維材料代替傳統鋼鐵制造車身，使高科技產品再次奪人眼球。

“高性能碳纖維不僅質量輕，而且強度可以達到超高強度鋼材的13～20倍，同時還具有極佳的耐腐蝕等特點，是國防尖端技術和改造傳統產業的基礎原材料。”航科總經理王浩靜在接受《中國科學報》記者采訪時說。

一代材料，一代裝備。王浩靜對此深有感觸。由於碳纖維在航空航天等國防工業中有重要用途，西方國家將其視為戰略性物資，對中國“禁運”，更不轉讓技術、不出售設備。

回憶往昔，兩院資深院士師昌緒仍記得，1984年，上海碳素廠試圖引進美國特科公司碳化設備，最終被美國國防部否決；1990年，吉林化學工業公司經過談判、考察，最終購買了一些碳化設備及相應測試儀器，但經多次試車，碳化爐始終開不起來。

“新材料中碳纖維是重中之重，我國卻一直難以有大的突破，特別是不勻率高、毛絲多，力學性能也上不去，和國外產品質量差距越拉越大，無法制備航空航天結構材料。”師昌緒在接受《中國科學報》記者采訪時說。

“國外已經實現了碳纖維高性能化、低成本化和系列化，其制備和應用技術已頗為成熟，如民用客機B787和A350，復合材料用量已經達到50%以上。而我國不能制造高性能碳纖維，導致幾乎所有的高技術裝備無法實現其設計性能。”王浩靜對比說。

他介紹說，當前全球高性能碳纖維生產技術仍主要集中在日本東麗、美國赫氏、德國西格里集團等少量企業手中，其成本平均只有傳統碳纖維材料的一半左右，占據著全球過半市場。

同時，據《研究與市場》最新發布的《2018年全球碳纖維市場增長機遇與預測》報告，未來5年，除了傳統應用大戶航空業以外，受風力發電、離心機轉子管、電子工業等潛在應用市場的驅動，全球碳纖維市場成交額有望以每年兩位數的增長率遞增。

“發展碳纖維技術和產業是我們的強國必由之路，影響到高端制造業、民生和國家的安全。”師昌緒說。實現強國夢，當前的面貌必須要改變，必須重視新材料的研發、產業化與應用。

昔日之殤成為全體航科人的最大動力。為了急國家之急，2010年2月，中科院西安光學精密機械研究所和江蘇鎮江市政府簽署戰略合作協議，成立航科公司，試圖探索出一條高新技術產業化和產業報國的新路子，實現高性能碳纖維自主創新發展。


披荊斬棘，唱響世界

“創業三年來，上過當，受過騙，遇過挫折，公司從一片泥土地發展到現在花園式的廠房，實現T800碳纖維產品技術突破與產業化，終於風雨之後見彩虹。”談起創業歷程，王浩靜笑言。

創業就意味著披荊斬棘。新材料研發往往是多領域高新技術的集成，碳纖維也不例外，它涉及到高分子聚合、紡織、傳動、熱工等多領域學科交叉。而國內相關基礎研究薄弱，沒有系統的標準，配套技術也幾乎都屬於原創，一切都要從頭做起，研究難度可想而知。

“特別糟糕的是一些企業宣傳上不負責任，搞得天花亂墜，使傳統體系的研發‘成果’和顛覆性新技術碰撞、廝殺，導致我們做大量的解釋工作和驗證工作，造成時間和優勢力量的極大浪費。”王浩靜回憶說。

盡管困難重重，但王浩靜從未言棄。二十多年來的研究經驗和取得的系列創新性成果給了他“底氣”。為了早日生產出T800碳纖維，所有技術團隊每天工作18小時，夜以繼日地討論方案，航科當年獲得了中國首屆創新創業大賽獎一等獎。

同時，功夫不負有心人。在西安光機所趙衛所長、武文斌書記以及鎮江高新技術開發區李小平書記等領導支持下，江蘇航科創造了中國碳纖維研發和產業化速度。

2012年，公司成立僅兩年，航科就投資2.5億元建設的國內首條T800生產線實現了穩定批量生產，打破了發達國家對高性能碳纖維研制與生產的關鍵設備與技術瓶頸的封鎖和壟斷，填補了國內高性能碳纖維制造的空白。

“航科T800碳纖維最大特點是可以根據用戶需要進行表面處理和上漿，完全以用戶為中心進行配套生產。”王浩靜介紹說。同時，航科已具備系列化高性能碳纖維制備技術和低成本化能力，碳纖維生產原材料和主要設備幾乎100%來自國內。

截至目前，航科先後申請國家發明和實用新型專利80余個，制定碳纖維生產流程測試規範42項，環保節能措施使產品成本降低30%，產品性能離散型低於5%，T800碳纖維性能達到甚至超過了日本東麗公司水平。

面對成果，王浩靜淡然而言：“成功的經驗談不上，我們的理念是‘態度決定一切，細節決定成敗’。不計個人得失，只為報效祖國！”


創新為幟，再攀高峰

作為21世紀的新材料，很多人把碳纖維看成是“改變全球現存遊戲格局”的潛力股。

對此，王浩靜表示，盡管我國碳纖維生產較國外發展慢，但消費量與日俱增，市場需求旺盛。“未來5年，國際市場發展可能會遠遠低於國內的發展，可能會是13%與130%的差異，所以在中國碳纖維材料一定是個潛力股。”王浩靜信心滿滿地說。

目前，航科已全面啟動千噸級T800碳纖維生產線的建設工作，計劃2015年全面投產。公司同時具備T700、T800和MJ系列碳纖維的供貨能力。預計到2020年，將建成千噸級T1000碳纖維生產線和百噸級MJ系列碳纖維生產線，並開展T1200和M70J等更高性能纖維以及專用復合材料的研制及產業化工作。

同時，航科已經掌握了制約碳纖維發展的關鍵技術和設備瓶頸，實現了從工藝到設備，從性能到質量，從人員到管理等方面的快速提升。計劃在未來10年內打造成我國碳纖維高技術成果轉化基地、領域人才培養基地和碳纖維產業化示範基地。

“做文章、做專利不是科研的最終目標，科研的最終目標在於以最大的價值回報社會。科研人員走出去做企業，可以激發他們的激情，最大限度地釋放他們的科研潛力和能力水平。”西光所運營與產業發展出處長曹慧濤在接受本報記者采訪時說。他表示西光所將繼續為航科未來發展提供技術和智力支持。據了解，目前，西光所已建成近30家技術創新型企業。

面對未來，王浩靜和他的“兵”們將繼續沿著創新之路，推進我國碳纖維研發生產，並走向國際市場。他們將爭取發揮每個人的創造性、積極性和團隊作戰的統一性與協調性，側重發展管理制度的實用性，讓所有職工對公司具有自豪感和危機感。

我們有理由相信，未來江蘇航科一定會獨樹一幟，屹立在世界碳纖維之林，為國家、地方經濟發展發揮更大的力量。

中國科學報