碳纖維作為復合材料最重要的增強相之一,已被國家納入戰略性新興產業的重要發展方向。近十年來我國碳纖維關鍵技術相繼取得重大突破,碳纖維產業規模雛形已具;但原絲落后,研用脫節,質量不高也正制約著碳纖維產業的進一步發展。
原絲落后制約技術開發。2003年11月國產碳纖維第一次第三方獨立檢測,我國T300級碳纖維抽樣產品竟然無一達到日本東麗公司T300樣品的三項主要指標,產品穩定性存在很大問題。如今,經過十年的發展,我國T700級碳纖維工程化制備技術面臨突破,T800級碳纖維實現了實驗室制備,正在開展工程化制備技術研究,T1000級碳纖維已經開始實驗室原理性制備研究。然而,與日本東麗等國外巨頭相比,我國碳纖維整體水平,特別是產業化水平,還有相當大的差距。
造成這種差距的原因究竟在哪里?原絲落后是制約我國碳纖維技術發展的主要瓶頸之一。先天不足,后天則很難有所突破。在碳纖維制備過程中,僅單體聚合和聚合物紡絲這一流程,就有將近200米生產線,上千個工藝控制點,調整其中任意一個控制點都可能在產品產生影響。原絲預氧化還有近200米生產線以及上千個工藝控制點。對于這些問題,如果只知其然而不知其所以然,就很難控制好這一復雜過程,目前在沒有充分研發和相關數據支撐條件下,難以用理論和模型來描述這一復雜過程,以及影響因素眾多的碳纖維結構形態—性能—工藝條件的相關性。
企業應是技術創新主體。目前,我國碳纖維研發仍然以科研機構為主體,加之部門各行其是,利益條塊分割,造成碳纖維技術的研發和應用互為脫節。技術創新集成要從以科研單位為主體轉變為以企業為主體。碳纖維制備過程中包括溶液聚合、纖維成型、氧化碳化、表面處理等多道工藝,工藝總路線可能超過350米,那么長的生產線以及如此復雜的控制系統,要堅持以企業為主體的技術創新,才能把技術有效地集成起來。
碳纖維是跨高分子化學、無機化學、材料科學、紡絲工程、高溫氧化工程等多學科交叉領域。我國的碳纖維技術研發在許多方面科學基礎薄弱,關鍵技術控制點不清晰,系統集成無法形成。企業各有所長,但都沒有全面掌握原絲和碳絲生產的關鍵技術,加之企業的生產線相互保密,導致國家科研投入雖高,但效益十分低下。據悉,我國目前已頒布和實施了世界上第一份原絲分析表征的國家標準,但由于缺乏原絲樣品,盡管建立了方法或模型,卻沒有數據。企業不愿意拿出樣品,科研單位空有檢測能力卻只能望洋興嘆。
建立第三方獨立測評機制。從2000年到2012年,我國從碳纖維小國走向了碳纖維大國,但還遠遠不是碳纖維強國。目前,我國碳纖維市場需求在7000~8000噸,以體育休閑用品、航空航天、工業領域的應用為主。其中,工業領域的應用正在急速擴大,將成為主要的應用領域。然而,2011年我國碳纖維規劃產能7萬噸,其中建成1萬噸,開工投產的僅2000噸。而且產能分散,開工不足,裝置閑置。同時,從產品結構上看,國產碳纖維高端產品不足,低端產品過剩。而且企業沒有自主知識產權,產品不能出口,只能低水平重復。如何能促使高產能轉化為高產量、把高產量轉化為高質量呢?
在強化纖維制備基礎研究、突破關鍵技術的同時,加強碳纖維領域的人才培養和團隊建設,以應用需求牽引碳纖維產業的健康發展。在國家出臺扶持碳纖維產業可持續發展的政策措施的同時,我們應該重視運行機制和體系的創新,堅持公平公正的第三方獨立測評機構,建立檢測公用平臺,堅持公平競爭、擇優選擇、獨立考評、風險共擔的創新機制。