原丝落后 研用脱节质量不高
国产碳纤维缘何依然“脆弱”
“近10年来我国碳纤维关键技术相继取得重大突破，碳纤维产业规模雏形已具。但原丝落后、研用脱节正制约着碳纤维产业的进一步发展。”日前，2012年全国碳纤维产业发展会议在吉林召开，业内专家指出，碳纤维作为复合材料最重要的增强项之一，已被国家纳入战略性新兴产业的重要发展方向，我国需要多措并举，来提升该行业的产品质量和国内外竞争力。
落后发达国家30年
2003年11月，国产碳纤维第一次第三方独立检测，我国T300级碳纤维抽样产品的3项主要指标，其稳定性存在很大问题。但中国证券网的相关数据显示，经过近10年的发展，目前国内有一两个单位的产品品质已超过T300级的性能指标，达到了T400级水平，并且可以小批量生产。这处于上世纪80年代海外在碳纤维研发方面的水平，同时由于T300级碳纤维实现了国产化，打破了国外垄断，迫使进口价格大幅度下降。从总体形势来看，我国当前处于由T300通用级向高性能的T700和T800发展的过渡期。T700级正在进行中试放大，T800级正在实验室研制。
中国不饱和聚酯树脂行业协会副秘书长赵鸿汉认为，目前世界碳纤维的技术格局是：一些发达国家垄断关键技术，国内则处于起步阶段。世界碳纤维技术主要掌握在东亚个别国家，技术严格保密。而美国赫克塞尔(Hexcel)、阿莫科(Amoco)和卓尔泰克(Zoltek)等其他碳纤维企业均处于成长阶段，生产工艺还处于不断完善阶段。
造成这种差距的原因究竟在哪里？中科院化学所博士徐坚认为，原丝落后是制约我国碳纤维技术发展的主要瓶颈之一。先天不足，后天则很难有所突破。在碳纤维制备过程中，仅单体聚合和聚合物纺丝这一流程，就有将近200米生产线，上千个工艺控制点，调整其中任意一个控制点都可能在产品产生影响。原丝预氧化还有近200米生产线以及上千个工艺控制点。对于这些问题，如果只知其然而不知其所以然，就很难控制好这一复杂过程，目前在没有充分研发和相关数据支撑条件下，难以用理论和模型来描述这一复杂过程，以及影响因素众多的碳纤维结构形态—性能—工艺条件的相关性。
制约我国碳纤维发展的瓶颈之二是耐高温材料及大型高温炉。国产碳化炉采用仅能允许在1400℃以下温度使用的碳化硅作为发热体，高温环境下碳化硅抗负荷强度低，不能制作大尺寸工业规模碳化炉，无法实现1500℃的最佳工艺。国外采用高纯石墨材料1800℃以上的高温碳化炉，严格限制对我国的出口，中等规模的高温碳化炉进口价格高，导致国产碳纤维装备的建设成本过高，无法与进口纤维竞争。
实质突破有待技术创新
与会专家认为，企业应是技术创新主体。目前，我国碳纤维研发仍然以科研机构为主体，加之部门各行其是，利益条块分割，造成碳纤维技术的研发和应用互为脱节。技术创新集成要从以科研单位为主体转变为以企业为主体。碳纤维制备过程中包括溶液聚合、纤维成型、氧化碳化、表面处理等多道工艺，工艺总路线可能超过350米，那么长的生产线以及如此复杂的控制系统，要坚持以企业为主体的技术创新，才能把技术有效地集成起来。
徐坚认为，碳纤维是跨高分子化学、无机化学、材料科学、纺丝工程、高温氧化工程等多学科交叉领域。我国的碳纤维技术研发在许多方面科学基础薄弱，关键技术控制点不清晰，系统集成无法形成。企业各有所长，但都没有全面掌握原丝和碳丝生产的关键技术，加之企业的生产线相互保密，导致国家科研投入虽高，但效益十分低下。据悉，我国目前已颁布和实施了世界上第一份原丝分析表征的国家标准，但由于缺乏原丝样品，尽管建立了方法或模型，却没有数据。企业不愿意拿出样品，科研单位空有检测能力却只能望洋兴叹。
徐坚呼吁，国内建立第三方独立测评机制已经迫在眉睫。目前，我国碳纤维市场需求在7000～8000吨，以体育休闲用品、航空航天、工业领域的应用为主。其中，工业领域的应用正在急速扩大，将成为主要的应用领域。然而，2011年我国碳纤维规划产能7万吨，其中建成1万吨，开工投产的仅2000吨。而且产能分散，开工不足，装置闲置。在强化纤维制备基础研究、突破关键技术的同时，加强碳纤维领域的人才培养和团队建设，以应用需求牵引碳纤维产业的健康发展。“在国家出台扶持碳纤维产业可持续发展的政策措施的同时，我们应该重视运行机制和体系的创新，坚持公平公正的第三方独立测评机构，建立检测公用平台，坚持公平竞争、择优选择、独立考评、风险共担的创新机制。”徐坚说。《中国质量报》