中國勇登世界碳纖維神壇

　　開欄語：全球高新技術纖維及復合材料產業的重心正由歐美發達國家轉向亞洲，亞洲復合材料產量高速增長趨勢明顯，其中蘊藏著無限商機。我國“十二五”規劃綱要也明確將紡織工業列為制造業由大變強的重點產業之一，并將碳纖維等高新技術纖維及其復合材料列入國家戰略性新興產業，顯示出未來5年國家對培育戰略性新興產業，全面提升傳統制造業的極大決心。為了全面了解我國高新技術纖維及復合材料產業化水平和進程，本報纖維周刊隆重推出“聚焦國產高新技術纖維及復合材料”特別報道，敬請關注。

　　中國碳纖維發展史永遠記錄著這一刻??2007年5月3日早6點20分，一個令中國人驕傲的時刻，由我國產業化生產線生產的第一批碳纖維在連云港鷹游紡機有限責任公司成功下線。

　　次年12月3日，我國萬噸碳纖維產業化工程的一期項目千噸碳纖維生產線順利投產。在此過程中，科研技術人員掌握了大量關鍵技術甚至是世界級的獨創技術，申報12項專利，其中4項專利獲得國家授權。

　　特別是中復神鷹碳纖維與關鍵設備研發項目通過國家級鑒定，標志著我國已經成功實現碳纖維的國產化和產業化，徹底打破了發達國家對碳纖維市場的長期壟斷地位，一舉扭轉了我國碳纖維完全依賴進口的局面。

　　終于，經歷了30年的苦苦探求，中國人憑著自己的力量登上了世界碳纖維的“神壇”!

　　碳纖維復合材料在軍機、導彈、運載火箭和衛星飛行器上發揮著不可替代的作用。

　　被西方國家視為戰略物資

　　碳纖維主要包括聚丙烯腈基碳纖維(PAN基碳纖維)與瀝青基碳纖維兩大類，前者應用更為廣泛。PAN基碳纖維從20世紀60年代起步，經過30多年的發展和提高，到21世紀初，其制備技術與工藝基本成熟，市場被逐步打開。目前，日本東麗公司代表著高性能PAN基碳纖維研發的最高水平，開發出T300～T1000的高強型和高強高模碳纖維及M40S～M60J的高模型碳纖維。

　　PAN碳纖維是軍事工業用量大、使用面廣、地位極為重要的關鍵性高性能纖維材料，是各類軍用高強、高模、高強高模型復合材料的原料及技術基礎。以碳纖維復合材料為典型代表的先進復合材料作為結構、功能或結構、功能一體化構件材料，在軍機、導彈、運載火箭和衛星飛行器上發揮著不可替代的作用，是一種戰略性新材料。因此，西方國家把碳纖維視為“戰略物資”，長期對我國軍品應用實行“禁售、禁運”政策，企圖制約我國國防工業發展。

　　碳纖維在民用領域也得到廣泛應用，如文體休閑制品、建筑工程、風力發電、深井采油、高速交通等高新技術領域，其市場規模不斷擴大。在經濟高速發展中，我國碳纖維在工業應用領域也得到快速發展，每年需大量進口碳纖維。但西方國家對我國國防領域應用的碳纖維仍嚴格限制。

　　自“六五”以來，我國一直將碳纖維作為國家重點研發和實施科技產業化的攻關項目，先后投入高達幾十億元，然而，直至“十五”時期，我國的碳纖維研發仍然停留在實驗室階段，國內尚無百噸級工業化生產線，而西方國家長年對我國實行禁運政策和技術封鎖卻是日趨加緊。因此，制造出中國自己的碳纖維，已遠不是企業發展的需要，而是整個國家和民族實現強盛的需要。

　　“十一五”期間，國家高度重視，力爭使我國碳纖維產業實現重大突破，將目標鎖定于全面推進原絲、預氧化絲、碳纖、預浸布及復合材料等產業鏈一體化研發，實現千噸級產業化突破。其中，以T300型為主的碳纖維產業鏈力爭突破3000噸/年的產業化規模;T700等高性能碳纖維產業鏈在中試研發基礎上，實現500噸級產業化。

　　就在實施這一個五年計劃的第三年，第一批國產碳纖維在連云港鷹游公司成功下線，同年10月，鷹游公司與中國建材集團及江蘇奧神公司合作成立中復神鷹碳纖維有限公司，總投資30億元的萬噸碳纖維項目全面開工，計劃兩年內形成年產3000噸碳纖維的規模，3~5年建成萬噸生產基地，從此拉開了中國萬噸碳纖維產業化的大幕。2008年12月3日，我國萬噸碳纖維產業化工程的一期項目千噸碳纖維生產線順利投產。

　　目前，中復神鷹千噸級T300碳纖維已實現穩定生產，并于2010年下半年開始贏利，僅去年12月該公司碳纖維贏利就達400萬元。今年中復神鷹千噸級T700、T800碳纖維生產線將全面投產，纖維功能和性能達到世界發達國家水平。

　　國內紡織企業大都以引進國外成套先進設備為榮耀，但忽略了引進成套設備的一大弊病是限制了企業的再創造。

　　不要迷信國外成套設備

　　國內許多科研機構搞了三四十年也沒能實現碳纖維的產業化，而中復神鷹僅3年多時間就實現了三級跳??建成20噸、100噸、1000噸的碳纖維生產線。

　　中復神鷹碳纖維有限公司董事長張國良為記者破解了其中的謎底：以東華大學、山東大學等國家重點實驗室已通過驗收的國家“863”碳纖維項目所取得的單元技術和中試成果為依托，引進碳纖維研究資深專家和腈綸生產的資深工程技術專家，整合實驗室成果與工業化腈綸生產控制技術，特別是充分發揮鷹游紡機研發中心紡織機械設計制造的優勢，在沒有現成的生產設備可參照，沒有現成的工藝流程可借鑒的情況下，全面展開自我設計、自我制造、自我安裝、自我調試的碳纖維生產線的攻關之戰。

　　“有了實驗室理論成果、大腈綸工程控制技術、化纖設備生產的手段和經驗，我一定能創造出中國的碳纖維!”張國良信心非常堅定。

　　張國良和他的團隊一舉打破了發達國家壟斷碳纖維生產的神話，他將決勝點歸結于多種技術與多項工藝的綜合運用與自主創新。目前，中復神鷹已經擁有從纖維到最終產品完整的碳纖維產業鏈。企業自身所擁有的化纖機械制造、自動化控制、纖維生產加工等一系列與碳纖維研發生產相關的科研團隊，為最終成功研發生產碳纖維和提高產品檔次提供了重要保障。

　　“我們的碳纖維生產設備全部是自主研發和制造的。”張國良談到，目前國內紡織行業仍然存在技術研發能力薄弱，成熟技術和工藝長期得不到更新的狀況。國內化纖及紡織企業大都以引進國外成套先進設備為榮耀，但忽略了引進成套設備與技術的一大弊病是限制了國內企業的再創造。在生產過程中，設備的適應性以及設備在運行過程中的靈活性受到很大影響，進而制約了新產品開發的廣度和速度。這一點也正是國內部分企業長期研發碳纖維但一直無果的癥結所在。

　　3年多的時間，幾百臺(套)設備和10多條生產線的自我設計、自我制造、自我安裝、自我調試，中復神鷹人遇到了前所未有的難題，常常陷入山窮水盡的境地，但他們屢敗屢戰，愈挫愈勇，渡過了一個個難關，最終建成國內首條千噸碳纖維生產線。

　　以企業為主體并不等于技術全部由企業開發，而是在以企業為主的前提下，充分利用科研機構的資源，推動科技成果產業化。

　　以企業為主體推進產業化

　　科研院所的科技成果難以產業化的重要原因是科技與經濟脫節，缺乏產業化人才，導致相關設備制造不出來，許多工藝問題解決不了。而這正是中復神鷹的優勢所在，其股東單位鷹游紡機集團是國家級重點高新技術企業，擁有強大的紡織機械設計的技術實力和先進的制造水平。

　　張國良舉了兩個例子。

　　一個是解決原料漿生產工藝中的散熱問題。在實驗室由于生產原料漿的反應容器小，試驗是一次次做，因而可以通過將整個容器放在冷水中來達到散熱的目的。而工業的反應容器比一輛轎車還要大，又要連續生產，若用實驗室的方法不僅行不通，而且無法均衡散熱。于是，他們從反應容器本身的改進入手，反復試驗，找到一個解決問題的訣竅，達到了散熱的目的。“這個訣竅只有長期在生產一線的技術人員才能想到。這層窗戶紙捅破了似乎很容易，但沒有它產業化就不能實現。”張國良說。

　　另一個是解決原料漿質量的問題。若將生產原料漿的實驗室技術直接進行產業化放大有兩種可能，一是連續聚合工藝，二是間歇聚合工藝，這兩種工藝生產的原料漿質量都不夠好，不能生產出高性能原絲。最后，他們綜合這兩種工藝的優點，發明了一種新的工藝，生產出了高質量的原料漿。這一工藝及設備已獲國家發明專利。

　　在科技成果產業化的過程中還會出現許多實驗室研究時不需考慮而產業化卻無法回避的問題。張國良告訴記者，物料平衡和能量平衡問題就很典型。比如溶劑的使用，在實驗室研究各單元技術時，用過的溶劑可以倒掉，下次試驗時再用新的，而產業化時如果也這樣做，污染環境且不說，生產成本之大是無法承受的，必須循環使用。“物料平衡、能量平衡說起來只有8個字，但做起來就不容易了。”

　　以企業為主體并不等于技術全部由企業開發，而是在以企業為主的前提下，充分利用科研機構的資源，推動科技成果產業化。為了加大與科研機構合作的力度，中復神鷹投資1億元和東華大學共建碳纖維工程技術中心。這種緊密的合作因為東華大學擁有紡織科學與工程等國家一級重點學科和纖維材料改性重點實驗室等10個國家級科研基地，使碳纖維產業化獲得了強有力的科技支撐。有段時間，中復神鷹生產出來的碳纖維強度總也達不到標準要求，企業的技術人員反復試驗也沒有找到原因，后來是東華大學的研究人員破解了這一難題。

　　張國良常感嘆：“我是帶了一支碳纖維產業化的國家隊。從這個意義上說，如果沒有國內科研機構多年科技開發和腈綸生產技術的國產化所帶來的技術、經驗、人才的積累，就沒有中復神鷹的今天。”

　　由于缺少具有自主知識產權的技術支撐，國內企業目前尚未掌握完整的碳纖維核心關鍵技術。

　　高性能碳纖維仍有待突破

　　近20年來，碳纖維增強復合材料受到世界各國的普遍重視，美國、歐洲各國、日本等工業發達國家均將其列入國家優先重點發展計劃。我國的復合材料總產量已位居世界第三位，但與國外相比，技術上還有較大差距，主要體現在高性能原材料缺乏，嚴重制約著高性能碳纖維的發展。

　　據國家自然科學基金委原工程與材料科學部常務副主任李克健介紹，近年來，中國碳纖維發展態勢良好，截至2010年已有中鋼集團吉林炭素股份有限公司、中復神鷹碳纖維有限責任公司、山西恒天紡織新纖維科技有限公司、中國石油股份有限公司吉林石化分公司、鐵嶺申和碳纖維材料有限公司、上海同砼碳纖維布有限公司、華皖碳纖維(集團)有限公司、嘉興中寶碳纖維有限責任公司等30余家碳纖維行業重點企業從事碳纖維生產，在建擬建生產能力超過1萬噸，規劃建設能力超過4萬噸，已形成碳纖維產業群。

　　2010年，江蘇泛達碳纖維復合材料項目落戶金湖、金發科技碳纖維項目在廣州奠基、56億碳纖維復合材料項目遼寧投建等我國碳纖維行業重大項目，以及吉林積極推進碳纖維產業基地建設、遼寧撫順推進碳纖維產業發展、甘肅白銀建設大型碳纖維生產加工基地、上海市碳纖維研發等國內部分地區碳纖維項目均取得長足發展。

　　同時，業內專家指出，我國碳纖維發展也暴露了不少問題，如生產能耗大，質量低，穩定性差，成本高，由于缺少具有自主知識產權的技術支撐，國內企業目前尚未掌握完整的碳纖維核心關鍵技術，產品缺乏國際競爭力等。為此，碳纖維老專家師昌緒建議，應利用“973”項目和碳纖維及國家復合材料工程實驗室等研發平臺，提高自主創新能力，加大質量監管，擴大應用領域。

　　近年來，碳纖維得到了國家和社會高度重視，其重要性、緊迫性史無前例，同時該領域涉及高分子、無機和有機化學、材料科學等多學科高度交叉，化學工程、纖維成型、自控、機械等多工程技術高度集成，并且沒有國外的樣品和技術作為借鑒對象，只有充分的基礎科學和應用技術支撐、先進的工業技術保障、嚴格的工藝和質量管理保證，才有可能取得高性能碳纖維的突破性進展。

　　民用領域則是常規碳纖維應用最為廣闊的天地，同時也是生產企業贏利的一個主攻方向。

　　拓展應用領域延伸產業鏈

　　據專家分析，一般用于航空航天、國防軍工等高科技領域的碳纖維是高性能碳纖維，而民用領域則是常規碳纖維應用最為廣闊的天地，同時也是生產企業贏利的一個主攻方向。

　　航天器材料的未來發展方向是減輕結構重量，衛星結構重量占整星的重量由20%下降到10%。除了在設計上采用先進的設計方法，在材料的選擇上要選用高性能的材料，如超高模碳纖維、超高模高強碳纖維和相應的樹脂基體材料。“十二五”時期，我國重點發展的航天器材料包括超高模碳纖維復合材料、超高模高強碳纖維復合材料等，航天用復合材料將達到10萬噸。

　　記者在采訪中了解到，在民用領域的應用必將為碳纖維生產企業帶來另外的驚喜。2010年6月，中復神鷹旗下的連云港神鷹自行車有限責任公司向市場推出僅6公斤的碳纖維自行車。這是國內第一家用完全擁有自主知識產權生產的碳纖維制造的自行車，其主要原料碳纖維全部由中復神鷹生產提供。據了解，這種碳纖維自行車已通過歐洲碳纖維自行車質量認證標準，價格僅為進口同類碳纖維自行車的三分之一，該公司已開工建設年產10萬輛多品種的碳纖維自行車一期工程。

　　在國家新能源戰略的指導下，大力發展大功率的新型風電葉片必將大有可為。碳纖維復合芯鋁導線和桿塔研究和應用技術代表了當今國際輸電領域新材料應用的發展方向,對我國電網建設和升級改造、提高電網的安全運行水平、提高電網的輸送能力與效益，節能環保、節約土地資源，以及促進國產碳纖維的可持續發展，具有重大現實和戰略意義。“十二五”期間，我國將形成年產高性能碳纖維復合芯50000千米的生產能力，在現有基礎上提高輸電線路10%以上的節能效果，推動我國電力技術進步和工業節能減排等。

　　從國內看，未來通用飛機發展潛力是巨大的，2008~2017年需要通用飛機近5000架，約占全球總需求量的12%，其中有21%是公務機，其余79%是通勤、作業、培訓和運動等用途的飛機。隨著先進碳纖維復合材料及其加工技術的快速進步，在通用飛機制造領域，新型飛機設計開始越來越多地采用先進復合材料。

　　據權威機構預測，2014年全球碳纖維產值可達24億美元，而且高新性纖維及復合材料市場的中心將進一步向亞洲轉移，中國高性能碳纖維復合材料產業前景更是不可估量。