中國漸入世界碳纖維行列

　　　　中復(fù)神鷹碳纖維有限公司董事長張國良（左）為本報記者介紹用我國自主生產(chǎn)的碳纖維制造的自行車。

　　中國碳纖維發(fā)展史永遠(yuǎn)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(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線生產(chǎn)的第一批碳纖維在連云港鷹游紡機有限責(zé)任公司成功下線。

　　次年12月3日，我國萬噸碳纖維產(chǎn)業(yè)化工程的一期項目千噸碳纖維生產(chǎn)線順利投產(chǎn)。在此過程中，科研技術(shù)人員掌握了大量關(guān)鍵技術(shù)甚至是世界級的獨創(chuàng)技術(shù)，申報12項專利，其中4項專利獲得國家授權(quán)。

　　特別是中復(fù)神鷹碳纖維與關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)項目通過國家級鑒定，標(biāo)志著我國已經(jīng)成功實現(xiàn)碳纖維的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，徹底打破了發(fā)達(dá)國家對碳纖維市場的長期壟斷地位，一舉扭轉(zhuǎn)了我國碳纖維完全依賴進(jìn)口的局面。

　　終于，經(jīng)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(fù)合材料在軍機、導(dǎo)彈、運載火箭和衛(wèi)星飛行器上發(fā)揮著不可替代的作用。

　　被西方國家視為戰(zhàn)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(yīng)用更為廣泛。PAN基碳纖維從20世紀(jì)60年代起步，經(jīng)過30多年的發(fā)展和提高，到21世紀(jì)初，其制備技術(shù)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(fā)的最高水平，開發(fā)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(yè)用量大、使用面廣、地位極為重要的關(guān)鍵性高性能纖維材料，是各類軍用高強、高模、高強高模型復(fù)合材料的原料及技術(shù)基礎(chǔ)。以碳纖維復(fù)合材料為典型代表的先進(jìn)復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)、功能或結(jié)構(gòu)、功能一體化構(gòu)件材料，在軍機、導(dǎo)彈、運載火箭和衛(wèi)星飛行器上發(fā)揮著不可替代的作用，是一種戰(zhàn)略性新材料。因此，西方國家把碳纖維視為“戰(zhàn)略物資”，長期對我國軍品應(yīng)用實行“禁售、禁運”政策，企圖制約我國國防工業(yè)發(fā)展。

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　　碳纖維在民用領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用，如文體休閑制品、建筑工程、風(fēng)力發(fā)電、深井采油、高速交通等高新技術(shù)領(lǐng)域，其市場規(guī)模不斷擴大。在經(jīng)濟高速發(fā)展中，我國碳纖維在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域也得到快速發(fā)展，每年需大量進(jìn)口碳纖維。但西方國家對我國國防領(lǐng)域應(yīng)用的碳纖維仍嚴(yán)格限制。

　　自“六五”以來，我國一直將碳纖維作為國家重點研發(fā)和實施科技產(chǎn)業(yè)化的攻關(guān)項目，先后投入高達(dá)幾十億元，然而，直至“十五”時期，我國的碳纖維研發(fā)仍然停留在實驗室階段，國內(nèi)尚無百噸級工業(yè)化生產(chǎn)線，而西方國家長年對我國實行禁運政策和技術(shù)封鎖卻是日趨加緊。因此，制造出中國自己的碳纖維，已遠(yuǎn)不是企業(yè)發(fā)展的需要，而是整個國家和民族實現(xiàn)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(chǎn)業(yè)實現(xiàn)重大突破，將目標(biāo)鎖定于全面推進(jìn)原絲、預(yù)氧化絲、碳纖、預(yù)浸布及復(fù)合材料等產(chǎn)業(yè)鏈一體化研發(fā)，實現(xiàn)千噸級產(chǎn)業(yè)化突破。其中，以T300型為主的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈力爭突破3000噸/年的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模；T700等高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈在中試研發(fā)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)500噸級產(chǎn)業(yè)化。 copyright 123456

　　就在實施這一個五年計劃的第三年，第一批國產(chǎn)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(fù)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(nèi)形成年產(chǎn)3000噸碳纖維的規(guī)模，3~5年建成萬噸生產(chǎn)基地，從此拉開了中國萬噸碳纖維產(chǎn)業(yè)化的大幕。2008年12月3日，我國萬噸碳纖維產(chǎn)業(yè)化工程的一期項目千噸碳纖維生產(chǎn)線順利投產(chǎn)。

　　目前，中復(fù)神鷹千噸級T300碳纖維已實現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，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(dá)400萬元。今年中復(fù)神鷹千噸級T700、T800碳纖維生產(chǎn)線將全面投產(chǎn)，纖維功能和性能達(dá)到世界發(fā)達(dá)國家水平。

　　國內(nèi)紡織企業(yè)大都以引進(jìn)國外成套先進(jìn)設(shè)備為榮耀，但忽略了引進(jìn)成套設(shè)備的一大弊病是限制了企業(yè)的再創(chuàng)造?！　?本文來自123

　　不要迷信國外成套設(shè)備

　　國內(nèi)許多科研機構(gòu)搞了三四十年也沒能實現(xiàn)碳纖維的產(chǎn)業(yè)化，而中復(fù)神鷹僅3年多時間就實現(xiàn)了三級跳——建成20噸、100噸、1000噸的碳纖維生產(chǎn)線。

　　中復(fù)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(xué)、山東大學(xué)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(shù)和中試成果為依托，引進(jìn)碳纖維研究資深專家和腈綸生產(chǎn)的資深工程技術(shù)專家，整合實驗室成果與工業(yè)化腈綸生產(chǎn)控制技術(shù)，特別是充分發(fā)揮鷹游紡機研發(fā)中心紡織機械設(shè)計制造的優(yōu)勢，在沒有現(xiàn)成的生產(chǎn)設(shè)備可參照，沒有現(xiàn)成的工藝流程可借鑒的情況下，全面展開自我設(shè)計、自我制造、自我安裝、自我調(diào)試的碳纖維生產(chǎn)線的攻關(guān)之戰(zhàn)。

　　“有了實驗室理論成果、大腈綸工程控制技術(shù)、化纖設(shè)備生產(chǎn)的手段和經(jīng)驗，我一定能創(chuàng)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(fā)達(dá)國家壟斷碳纖維生產(chǎn)的神話，他將決勝點歸結(jié)于多種技術(shù)與多項工藝的綜合運用與自主創(chuàng)新。目前，中復(fù)神鷹已經(jīng)擁有從纖維到最終產(chǎn)品完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。企業(yè)自身所擁有的化纖機械制造、自動化控制、纖維生產(chǎn)加工等一系列與碳纖維研發(fā)生產(chǎn)相關(guān)的科研團隊，為最終成功研發(fā)生產(chǎn)碳纖維和提高產(chǎn)品檔次提供了重要保障。

　　“我們的碳纖維生產(chǎn)設(shè)備全部是自主研發(fā)和制造的。”張國良談到，目前國內(nèi)紡織行業(yè)仍然存在技術(shù)研發(fā)能力薄弱，成熟技術(shù)和工藝長期得不到更新的狀況。國內(nèi)化纖及紡織企業(yè)大都以引進(jìn)國外成套先進(jìn)設(shè)備為榮耀，但忽略了引進(jìn)成套設(shè)備與技術(shù)的一大弊病是限制了國內(nèi)企業(yè)的再創(chuàng)造。在生產(chǎn)過程中，設(shè)備的適應(yīng)性以及設(shè)備在運行過程中的靈活性受到很大影響，進(jìn)而制約了新產(chǎn)品開發(fā)的廣度和速度。這一點也正是國內(nèi)部分企業(yè)長期研發(fā)碳纖維但一直無果的癥結(jié)所在。 123456

　　3年多的時間，幾百臺（套）設(shè)備和10多條生產(chǎn)線的自我設(shè)計、自我制造、自我安裝、自我調(diào)試，中復(fù)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(zhàn)，愈挫愈勇，渡過了一個個難關(guān)，最終建成國內(nèi)首條千噸碳纖維生產(chǎn)線。

　　以企業(yè)為主體并不等于技術(shù)全部由企業(yè)開發(fā)，而是在以企業(yè)為主的前提下，充分利用科研機構(gòu)的資源，推動科技成果產(chǎn)業(yè)化?！　?br />
　　以企業(yè)為主體推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化

　　科研院所的科技成果難以產(chǎn)業(yè)化的重要原因是科技與經(jīng)濟脫節(jié)，缺乏產(chǎn)業(yè)化人才，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備制造不出來，許多工藝問題解決不了。而這正是中復(fù)神鷹的優(yōu)勢所在，其股東單位鷹游紡機集團是國家級重點高新技術(shù)企業(yè)，擁有強大的紡織機械設(shè)計的技術(shù)實力和先進(jìn)的制造水平。

　　張國良舉了兩個例子。 123456

　　一個是解決原料漿生產(chǎn)工藝中的散熱問題。在實驗室由于生產(chǎn)原料漿的反應(yīng)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(dá)到散熱的目的。而工業(yè)的反應(yīng)容器比一輛轎車還要大，又要連續(xù)生產(chǎn)，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(yīng)容器本身的改進(jìn)入手，反復(fù)試驗，找到一個解決問題的訣竅，達(dá)到了散熱的目的。“這個訣竅只有長期在生產(chǎn)一線的技術(shù)人員才能想到。這層窗戶紙捅破了似乎很容易，但沒有它產(chǎn)業(yè)化就不能實現(xiàn)。”張國良說。

　　另一個是解決原料漿質(zhì)量的問題。若將生產(chǎn)原料漿的實驗室技術(shù)直接進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化放大有兩種可能，一是連續(xù)聚合工藝，二是間歇聚合工藝，這兩種工藝生產(chǎn)的原料漿質(zhì)量都不夠好，不能生產(chǎn)出高性能原絲。最后，他們綜合這兩種工藝的優(yōu)點，發(fā)明了一種新的工藝，生產(chǎn)出了高質(zhì)量的原料漿。這一工藝及設(shè)備已獲國家發(fā)明專利。 123456

　　在科技成果產(chǎn)業(yè)化的過程中還會出現(xiàn)許多實驗室研究時不需考慮而產(chǎn)業(yè)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(shù)時，用過的溶劑可以倒掉，下次試驗時再用新的，而產(chǎn)業(yè)化時如果也這樣做，污染環(huán)境且不說，生產(chǎn)成本之大是無法承受的，必須循環(huán)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(yè)為主體并不等于技術(shù)全部由企業(yè)開發(fā)，而是在以企業(yè)為主的前提下，充分利用科研機構(gòu)的資源，推動科技成果產(chǎn)業(yè)化。為了加大與科研機構(gòu)合作的力度，中復(fù)神鷹投資1億元和東華大學(xué)共建碳纖維工程技術(shù)中心。這種緊密的合作因為東華大學(xué)擁有紡織科學(xué)與工程等國家一級重點學(xué)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(chǎn)業(yè)化獲得了強有力的科技支撐。有段時間，中復(fù)神鷹生產(chǎn)出來的碳纖維強度總也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，企業(yè)的技術(shù)人員反復(fù)試驗也沒有找到原因，后來是東華大學(xué)的研究人員破解了這一難題。 copyright 123456

　　張國良常感嘆：“我是帶了一支碳纖維產(chǎn)業(yè)化的國家隊。從這個意義上說，如果沒有國內(nèi)科研機構(gòu)多年科技開發(fā)和腈綸生產(chǎn)技術(shù)的國產(chǎn)化所帶來的技術(shù)、經(jīng)驗、人才的積累，就沒有中復(fù)神鷹的今天。”

　　由于缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐，國內(nèi)企業(yè)目前尚未掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù)?！　?br />
　　高性能碳纖維仍有待突破

　　近20年來，碳纖維增強復(fù)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(yè)發(fā)達(dá)國家均將其列入國家優(yōu)先重點發(fā)展計劃。我國的復(fù)合材料總產(chǎn)量已位居世界第三位，但與國外相比，技術(shù)上還有較大差距，主要體現(xiàn)在高性能原材料缺乏，嚴(yán)重制約著高性能碳纖維的發(fā)展。

　　據(jù)國家自然科學(xué)基金委原工程與材料科學(xué)部常務(wù)副主任李克健介紹，近年來，中國碳纖維發(fā)展態(tài)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(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)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(zé)任公司等30余家碳纖維行業(yè)重點企業(yè)從事碳纖維生產(chǎn)，在建擬建生產(chǎn)能力超過1萬噸，規(guī)劃建設(shè)能力超過4萬噸，已形成碳纖維產(chǎn)業(yè)群。

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　　2010年，江蘇泛達(dá)碳纖維復(fù)合材料項目落戶金湖、金發(fā)科技碳纖維項目在廣州奠基、56億碳纖維復(fù)合材料項目遼寧投建等我國碳纖維行業(yè)重大項目，以及吉林積極推進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)、遼寧撫順推進(jìn)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展、甘肅白銀建設(shè)大型碳纖維生產(chǎn)加工基地、上海市碳纖維研發(fā)等國內(nèi)部分地區(qū)碳纖維項目均取得長足發(fā)展。

　　同時，業(yè)內(nèi)專家指出，我國碳纖維發(fā)展也暴露了不少問題，如生產(chǎn)能耗大，質(zhì)量低，穩(wěn)定性差，成本高，由于缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐，國內(nèi)企業(yè)目前尚未掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品缺乏國際競爭力等。為此，碳纖維老專家?guī)煵w建議，應(yīng)利用“973”項目和碳纖維及國家復(fù)合材料工程實驗室等研發(fā)平臺，提高自主創(chuàng)新能力，加大質(zhì)量監(jiān)管，擴大應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)域涉及高分子、無機和有機化學(xué)、材料科學(xué)等多學(xué)科高度交叉，化學(xué)工程、纖維成型、自控、機械等多工程技術(shù)高度集成，并且沒有國外的樣品和技術(shù)作為借鑒對象，只有充分的基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)支撐、先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)保障、嚴(yán)格的工藝和質(zhì)量管理保證，才有可能取得高性能碳纖維的突破性進(jìn)展?！　?

　　民用領(lǐng)域則是常規(guī)碳纖維應(yīng)用最為廣闊的天地，同時也是生產(chǎn)企業(yè)贏利的一個主攻方向。

　　拓展應(yīng)用領(lǐng)域延伸產(chǎn)業(yè)鏈

　　據(jù)專家分析，一般用于航空航天、國防軍工等高科技領(lǐng)域的碳纖維是高性能碳纖維，而民用領(lǐng)域則是常規(guī)碳纖維應(yīng)用最為廣闊的天地，同時也是生產(chǎn)企業(yè)贏利的一個主攻方向。

　　航天器材料的未來發(fā)展方向是減輕結(jié)構(gòu)重量，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量占整星的重量由20％下降到10％。除了在設(shè)計上采用先進(jìn)的設(shè)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(yīng)的樹脂基體材料。“十二五”時期，我國重點發(fā)展的航天器材料包括超高模碳纖維復(fù)合材料、超高模高強碳纖維復(fù)合材料等，航天用復(fù)合材料將達(dá)到10萬噸。

　　記者在采訪中了解到，在民用領(lǐng)域的應(yīng)用必將為碳纖維生產(chǎn)企業(yè)帶來另外的驚喜。2010年6月，中復(fù)神鷹旗下的連云港神鷹自行車有限責(zé)任公司向市場推出僅6公斤的碳纖維自行車。這是國內(nèi)第一家用完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)的碳纖維制造的自行車，其主要原料碳纖維全部由中復(fù)神鷹生產(chǎn)提供。據(jù)了解，這種碳纖維自行車已通過歐洲碳纖維自行車質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，價格僅為進(jìn)口同類碳纖維自行車的三分之一，該公司已開工建設(shè)年產(chǎn)10萬輛多品種的碳纖維自行車一期工程。

　　在國家新能源戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，大力發(fā)展大功率的新型風(fēng)電葉片必將大有可為。碳纖維復(fù)合芯鋁導(dǎo)線和桿塔研究和應(yīng)用技術(shù)代表了當(dāng)今國際輸電領(lǐng)域新材料應(yīng)用的發(fā)展方向,對我國電網(wǎng)建設(shè)和升級改造、提高電網(wǎng)的安全運行水平、提高電網(wǎng)的輸送能力與效益，節(jié)能環(huán)保、節(jié)約土地資源，以及促進(jìn)國產(chǎn)碳纖維的可持續(xù)發(fā)展，具有重大現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義。“十二五”期間，我國將形成年產(chǎn)高性能碳纖維復(fù)合芯50000千米的生產(chǎn)能力，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高輸電線路10%以上的節(jié)能效果，推動我國電力技術(shù)進(jìn)步和工業(yè)節(jié)能減排等。

　　從國內(nèi)看，未來通用飛機發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮模?008~2017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(wù)機，其余79%是通勤、作業(yè)、培訓(xùn)和運動等用途的飛機。隨著先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料及其加工技術(shù)的快速進(jìn)步，在通用飛機制造領(lǐng)域，新型飛機設(shè)計開始越來越多地采用先進(jìn)復(fù)合材料。 copyright 123456

　　據(jù)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，2014年全球碳纖維產(chǎn)值可達(dá)24億美元，而且高新性纖維及復(fù)合材料市場的中心將進(jìn)一步向亞洲轉(zhuǎn)移，中國高性能碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)前景更是不可估量。

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