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新材料：國產高性能纖維材料產業(yè)的不二法門
今年以來，加快建設具有完整性、先進性、安全性的現(xiàn)代化產業(yè)體系，被擺在了越來越重要的位置。高性能纖維材料是關系國家戰(zhàn)略安全的軍民兩用新型材料，是國防高技術科技產品中不可替代的關鍵材料，是交通運輸、海洋工程等重大領域不可或缺的基礎材料，是制造2025的關鍵基礎材料，其完整性、先進性、安全性更加令人矚目。
9月6日，在青島舉行的第八屆中國先進材料產業(yè)博覽會暨軍民兩用新材料大會上，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長端小平對話中國科學院院士、南京理工大學教授陳光，東華大學教授徐桂銀，江蘇奧神新材料股份有限公司董事長王士華，中國化纖協(xié)會、中國復合材料協(xié)會技術專家，中復神鷹技術專家張定金，中車青島四方機車車輛股份有限公司、國家工程研究中心副主任田愛琴，圍繞如何建設自主可控的先進材料現(xiàn)代化產業(yè)體系展開了探討。
國產高性能纖維材料令人自豪
作為纖維材料領域中的“金字塔”，高性能纖維材料的生產技術、裝備、產品一直被國際發(fā)達國家封鎖。大力發(fā)展高性能纖維產業(yè)，打破國外封鎖與壟斷，進一步提升我國軍事裝備實力和國民經濟的產業(yè)升級，一直是我國化纖工業(yè)推進自主創(chuàng)新、轉型升級的一個主攻方向，并在近年取得了重大突破。
“十三五”時期，我國高性能纖維新材料技術穩(wěn)步提升，不斷滿足航空航天、國防軍工、環(huán)境保護、醫(yī)療衛(wèi)生等領域發(fā)展需求。碳纖維干噴濕紡和濕法紡絲工藝技術逐漸完善，生產效率進一步提升，高端產品品種逐步豐富，T1000級、M40、M40J、M55J等碳纖維已具備工程化制備能力，25K大絲束碳纖維實現(xiàn)產業(yè)化生產；千噸級對位芳綸工程化關鍵技術和裝備取得突破，高強型、高模型對位芳綸產品實現(xiàn)國產化；高強高模聚酰亞胺纖維、間位芳綸、聚苯硫醚纖維、連續(xù)玄武巖纖維等實現(xiàn)快速發(fā)展。
碳纖維是這其中具有代表性的材料之一。張定金介紹，中復神鷹碳纖維公司十多年的發(fā)展，正好是國產碳纖維產業(yè)整體突破“從無到有”的階段。公司立足自主創(chuàng)新，自主研制了PAN纖維快速均質預氧化、碳化集成技術，首次構建了具有自主知識產權的干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業(yè)化生產體系，成為我國首個、世界第三個攻克干噴濕紡工藝難題的企業(yè)，創(chuàng)新實現(xiàn)了T700級、T800級、T1000級等不同級別碳纖維的工業(yè)化量產，成功填補了國內碳纖維高端技術的空白，打破了國外巨頭在中國市場的長期壟斷。2017年，公司“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業(yè)化關鍵技術及應用”項目榮獲國家科技進步一等獎，是我國碳纖維行業(yè)所獲得的最高獎項。如今，中復神鷹的碳纖維已成功應用在航空航天、衛(wèi)星、高鐵等領域。
“在研發(fā)過程中，我們也遇到了一系列技術攻關，比如計量泵和噴絲板，這些都是國際封鎖的關鍵技術裝備。但在大家的努力下，這些問題都已經解決了。在碳纖維這個領域，我可以很自豪地告訴大家，我們已經基本解決了‘卡脖子’的問題，碳纖維已經完全實現(xiàn)了國產化。”
奧神新材的聚酰亞胺纖維也是典型的國產化高性能纖維。王士華介紹，奧神新材從2006年聯(lián)合東華大學從事聚酰亞胺纖維的研究，經過十多年的發(fā)展，建成了全球首條千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產線，2016年獲得了國家科技進步二等獎，兩次獲得中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎，擁有50多項發(fā)明專利。
“聚酰亞胺纖維成型難度非常大，全球真正能實現(xiàn)產業(yè)化的企業(yè)并不多。到目前為止，全世界產能也只有4000噸。現(xiàn)在我們可以生產各種類型的聚酰亞胺纖維，可用于高溫過濾、氣體分離、鋼鐵冶煉、垃圾焚燒、特種防護等領域。經過深度加工做成蜂窩材料后，還可以應用到航空航天領域，用途非常廣泛。”王士華介紹。
自主可控須供需雙方共同發(fā)力
一代材料，一代裝備，一代產業(yè)。材料既是國民經濟和人類社會發(fā)展的基礎，也是帶動傳統(tǒng)產業(yè)創(chuàng)新升級和戰(zhàn)略性新興產業(yè)蓬勃發(fā)展的先導，將國產先進材料應用到裝備中實現(xiàn)價值最大化、可持續(xù)化是更重要的。
陳光表示，材料的生產和設計，要遵循需求牽引、技術推動的原則。材料的生產者與裝備的設計者是相輔相成。材料的生產者要根據市場需求來研究，裝備的設計者要有獨到的眼光來發(fā)現(xiàn)新材料；材料的生產者要將材料的優(yōu)缺點展示給裝備設計者，而裝備設計者要靠智慧將材料的優(yōu)勢最大化，要靠智慧規(guī)避材料的劣勢，同時要對材料設計者提出需求。
端小平提到，知己知彼百戰(zhàn)不殆，要想把材料產業(yè)發(fā)展好，最重要的是要讓材料生產者看到差距，根據這些差距有針對性地去分析問題、解決問題。而如何發(fā)現(xiàn)這個差距需要材料使用者的深度參與。
近三年來，由于疫情和中美貿易摩擦影響，一些以前依賴進口的關鍵材料實現(xiàn)了國產化替代，并獲得了高度認可。這其中就包括國產碳纖維。2020年，我國風力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫能、航天航空、體育用品等領域開始使用國產碳纖維，創(chuàng)造了碳纖維全行業(yè)盈利的歷史，并一直延續(xù)到今天。“通過實際應用國產碳纖維，使用方感受到了國產碳纖維的高性價比。”端小平介紹。
張定金也用數據證實了近年來國產碳纖維的使用情況。“2022年國產碳纖維使用量是4.5萬噸，進口只有2.9萬噸，今年也毫無疑問，國產肯定遠遠超過進口。”他介紹，我國研究開發(fā)碳纖維有其他國家無法比擬的優(yōu)勢，我們既有專門做評估碳纖維的機構，碳纖維企業(yè)也各有側重點，有的專做民用，有的專做高性能，有的專門研究下一代產品，按照這個形勢，今后我國碳纖維性能會更高更完美，用量會更大，并且能很快走向世界。
聚酰亞胺被譽為“高分子材料金字塔的頂端”，是目前能夠投入實際使用的耐高溫性能最好的高分子材料。王士華介紹，聚酰亞胺纖維因為相對較輕，最初是用于高溫過濾材料行業(yè)，后來開始拓廣到特種防護領域，涉及航空航天、國防軍工等。“以前我都是天天在外跑市場，現(xiàn)在我都是坐在家里等客戶來咨詢。愿意試試聚酰亞胺纖維的領域越來越多。”
對于如何實現(xiàn)聚酰亞胺纖維生產的自主可控，王士華認為應從工藝和裝備、原料、人才而三個維度來看待，這三個條件奧神新材都已具備。首先，奧神新材擁有全球首條千噸級干法紡聚酰亞胺纖維生產線，擁有自主知識產權的工藝和裝備；其次，所需原料均來自國產石油和化工產品；再次，公司非常注重人才隊伍建設，擁有一批穩(wěn)定的研發(fā)隊伍。可以說，聚酰亞胺纖維可以真正實現(xiàn)自主可控。
徐桂銀自加入東華大學以來，他深深地感受到當前國家對高性能纖維材料產業(yè)人才隊伍建設的重視。他介紹，近年來國家鼓勵高校老師下沉到一線企業(yè)去了解行業(yè)實際發(fā)展，高校也經常搭建平臺吸引企業(yè)家來學校，互相交流痛點，開展合作，解決行業(yè)實際問題。“讓專業(yè)的人做專業(yè)的事情，產業(yè)的安全性將大大提高。”徐桂銀談到。
端小平也呼吁道，希望各方要多多考察國產高性能纖維材料，多給國產企業(yè)一些機會，去體會一下它的高性價比。
作為高性能纖維材料的使用者，田愛琴表示，近年來，軌道交通裝備一直在向高速化、輕量化、綠色環(huán)保等方向發(fā)展，這其中高性能纖維材料對于保障軌道交通的安全性、可靠性、舒適性以及運營效率起到了至關重要的作用。中車公司所在的高鐵行業(yè)現(xiàn)在進入了持續(xù)創(chuàng)新的階段，核心技術就是應用好材料，給乘客更滿意的舒適度以及體驗感。對于下一代高鐵制造，所需材料很可能是以碳纖維為主。希望將來的碳纖維既要有經濟優(yōu)勢，又要保持穩(wěn)定的優(yōu)異性能，還希望具備更多的其他外部功能，比如隔熱、降噪、阻燃、耐擊打等。
做好自身，不懼挑戰(zhàn)迎接機遇
雖然當前我國高性能纖維材料發(fā)展較快，但仍存在不少亟需提升的地方。張定金介紹，與國際發(fā)達國家相比，國產碳纖維還有不小的差距。日本東麗的T1100碳纖維經過了十幾年才在去年實現(xiàn)千噸級量產，而我國的T1000碳纖維目前還是百噸級，在時間上有差距，在量級上有差距，需要我們重視。此外，我們在人才隊伍和數據庫方面的建設，也面臨不小挑戰(zhàn)。
對于當前國產高性能纖維材料的發(fā)展，陳光用“機遇挑戰(zhàn)”四個字做了概括。他說，有挑戰(zhàn)意味著有機遇，而機遇總是留給有準備的人的。材料研發(fā)者一定要加強自身的鍛煉，提前做好準備，迎接即將到來的機遇。
端小平最后也說，中國的先進材料要真正實現(xiàn)高質量發(fā)展，真正變成先進，一方面需要材料研發(fā)者持續(xù)地投入和創(chuàng)新，久久為功，另一方面也需要使用方大膽使用，只有用了才知道差距，才知道問題在哪里，才知道怎么改進，才知道怎么去提升中國的先進材料。只有供需雙方攜手，才能有更加美好的明天，才能有更加美好的未來。
（來源：紡織服裝周刊 記者-郭春花）
責任編輯：第一時間
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