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新材料：国产高性能纤维材料产业的不二法门
今年以来，加快建设具有完整性、先进性、安全性的现代化产业体系，被摆在了越来越重要的位置。高性能纤维材料是关系国家战略安全的军民两用新型材料，是国防高技术科技产品中不可替代的关键材料，是交通运输、海洋工程等重大领域不可或缺的基础材料，是制造2025的关键基础材料，其完整性、先进性、安全性更加令人瞩目。
9月6日，在青岛举行的第八届中国先进材料产业博览会暨军民两用新材料大会上，中国纺织工业联合会副会长端小平对话中国科学院院士、南京理工大学教授陈光，东华大学教授徐桂银，江苏奥神新材料股份有限公司董事长王士华，中国化纤协会、中国复合材料协会技术专家，中复神鹰技术专家张定金，中车青岛四方机车车辆股份有限公司、国家工程研究中心副主任田爱琴，围绕如何建设自主可控的先进材料现代化产业体系展开了探讨。
国产高性能纤维材料令人自豪
作为纤维材料领域中的“金字塔”，高性能纤维材料的生产技术、装备、产品一直被国际发达国家封锁。大力发展高性能纤维产业，打破国外封锁与垄断，进一步提升我国军事装备实力和国民经济的产业升级，一直是我国化纤工业推进自主创新、转型升级的一个主攻方向，并在近年取得了重大突破。
“十三五”时期，我国高性能纤维新材料技术稳步提升，不断满足航空航天、国防军工、环境保护、医疗卫生等领域发展需求。碳纤维干喷湿纺和湿法纺丝工艺技术逐渐完善，生产效率进一步提升，高端产品品种逐步丰富，T1000级、M40、M40J、M55J等碳纤维已具备工程化制备能力，25K大丝束碳纤维实现产业化生产；千吨级对位芳纶工程化关键技术和装备取得突破，高强型、高模型对位芳纶产品实现国产化；高强高模聚酰亚胺纤维、间位芳纶、聚苯硫醚纤维、连续玄武岩纤维等实现快速发展。
碳纤维是这其中具有代表性的材料之一。张定金介绍，中复神鹰碳纤维公司十多年的发展，正好是国产碳纤维产业整体突破“从无到有”的阶段。公司立足自主创新，自主研制了PAN纤维快速均质预氧化、碳化集成技术，首次构建了具有自主知识产权的干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化生产体系，成为我国首个、世界第三个攻克干喷湿纺工艺难题的企业，创新实现了T700级、T800级、T1000级等不同级别碳纤维的工业化量产，成功填补了国内碳纤维高端技术的空白，打破了国外巨头在中国市场的长期垄断。2017年，公司“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”项目荣获国家科技进步一等奖，是我国碳纤维行业所获得的最高奖项。如今，中复神鹰的碳纤维已成功应用在航空航天、卫星、高铁等领域。
“在研发过程中，我们也遇到了一系列技术攻关，比如计量泵和喷丝板，这些都是国际封锁的关键技术装备。但在大家的努力下，这些问题都已经解决了。在碳纤维这个领域，我可以很自豪地告诉大家，我们已经基本解决了‘卡脖子’的问题，碳纤维已经完全实现了国产化。”
奥神新材的聚酰亚胺纤维也是典型的国产化高性能纤维。王士华介绍，奥神新材从2006年联合东华大学从事聚酰亚胺纤维的研究，经过十多年的发展，建成了全球首条千吨级干法纺聚酰亚胺纤维生产线，2016年获得了国家科技进步二等奖，两次获得中国纺织工业联合会科技进步一等奖，拥有50多项发明专利。
“聚酰亚胺纤维成型难度非常大，全球真正能实现产业化的企业并不多。到目前为止，全世界产能也只有4000吨。现在我们可以生产各种类型的聚酰亚胺纤维，可用于高温过滤、气体分离、钢铁冶炼、垃圾焚烧、特种防护等领域。经过深度加工做成蜂窝材料后，还可以应用到航空航天领域，用途非常广泛。”王士华介绍。
自主可控须供需双方共同发力
一代材料，一代装备，一代产业。材料既是国民经济和人类社会发展的基础，也是带动传统产业创新升级和战略性新兴产业蓬勃发展的先导，将国产先进材料应用到装备中实现价值最大化、可持续化是更重要的。
陈光表示，材料的生产和设计，要遵循需求牵引、技术推动的原则。材料的生产者与装备的设计者是相辅相成。材料的生产者要根据市场需求来研究，装备的设计者要有独到的眼光来发现新材料；材料的生产者要将材料的优缺点展示给装备设计者，而装备设计者要靠智慧将材料的优势最大化，要靠智慧规避材料的劣势，同时要对材料设计者提出需求。
端小平提到，知己知彼百战不殆，要想把材料产业发展好，最重要的是要让材料生产者看到差距，根据这些差距有针对性地去分析问题、解决问题。而如何发现这个差距需要材料使用者的深度参与。
近三年来，由于疫情和中美贸易摩擦影响，一些以前依赖进口的关键材料实现了国产化替代，并获得了高度认可。这其中就包括国产碳纤维。2020年，我国风力发电、光伏发电、氢能、航天航空、体育用品等领域开始使用国产碳纤维，创造了碳纤维全行业盈利的历史，并一直延续到今天。“通过实际应用国产碳纤维，使用方感受到了国产碳纤维的高性价比。”端小平介绍。
张定金也用数据证实了近年来国产碳纤维的使用情况。“2022年国产碳纤维使用量是4.5万吨，进口只有2.9万吨，今年也毫无疑问，国产肯定远远超过进口。”他介绍，我国研究开发碳纤维有其他国家无法比拟的优势，我们既有专门做评估碳纤维的机构，碳纤维企业也各有侧重点，有的专做民用，有的专做高性能，有的专门研究下一代产品，按照这个形势，今后我国碳纤维性能会更高更完美，用量会更大，并且能很快走向世界。
聚酰亚胺被誉为“高分子材料金字塔的顶端”，是目前能够投入实际使用的耐高温性能最好的高分子材料。王士华介绍，聚酰亚胺纤维因为相对较轻，最初是用于高温过滤材料行业，后来开始拓广到特种防护领域，涉及航空航天、国防军工等。“以前我都是天天在外跑市场，现在我都是坐在家里等客户来咨询。愿意试试聚酰亚胺纤维的领域越来越多。”
对于如何实现聚酰亚胺纤维生产的自主可控，王士华认为应从工艺和装备、原料、人才而三个维度来看待，这三个条件奥神新材都已具备。首先，奥神新材拥有全球首条千吨级干法纺聚酰亚胺纤维生产线，拥有自主知识产权的工艺和装备；其次，所需原料均来自国产石油和化工产品；再次，公司非常注重人才队伍建设，拥有一批稳定的研发队伍。可以说，聚酰亚胺纤维可以真正实现自主可控。
徐桂银自加入东华大学以来，他深深地感受到当前国家对高性能纤维材料产业人才队伍建设的重视。他介绍，近年来国家鼓励高校老师下沉到一线企业去了解行业实际发展，高校也经常搭建平台吸引企业家来学校，互相交流痛点，开展合作，解决行业实际问题。“让专业的人做专业的事情，产业的安全性将大大提高。”徐桂银谈到。
端小平也呼吁道，希望各方要多多考察国产高性能纤维材料，多给国产企业一些机会，去体会一下它的高性价比。
作为高性能纤维材料的使用者，田爱琴表示，近年来，轨道交通装备一直在向高速化、轻量化、绿色环保等方向发展，这其中高性能纤维材料对于保障轨道交通的安全性、可靠性、舒适性以及运营效率起到了至关重要的作用。中车公司所在的高铁行业现在进入了持续创新的阶段，核心技术就是应用好材料，给乘客更满意的舒适度以及体验感。对于下一代高铁制造，所需材料很可能是以碳纤维为主。希望将来的碳纤维既要有经济优势，又要保持稳定的优异性能，还希望具备更多的其他外部功能，比如隔热、降噪、阻燃、耐击打等。
做好自身，不惧挑战迎接机遇
虽然当前我国高性能纤维材料发展较快，但仍存在不少亟需提升的地方。张定金介绍，与国际发达国家相比，国产碳纤维还有不小的差距。日本东丽的T1100碳纤维经过了十几年才在去年实现千吨级量产，而我国的T1000碳纤维目前还是百吨级，在时间上有差距，在量级上有差距，需要我们重视。此外，我们在人才队伍和数据库方面的建设，也面临不小挑战。
对于当前国产高性能纤维材料的发展，陈光用“机遇挑战”四个字做了概括。他说，有挑战意味着有机遇，而机遇总是留给有准备的人的。材料研发者一定要加强自身的锻炼，提前做好准备，迎接即将到来的机遇。
端小平最后也说，中国的先进材料要真正实现高质量发展，真正变成先进，一方面需要材料研发者持续地投入和创新，久久为功，另一方面也需要使用方大胆使用，只有用了才知道差距，才知道问题在哪里，才知道怎么改进，才知道怎么去提升中国的先进材料。只有供需双方携手，才能有更加美好的明天，才能有更加美好的未来。
（来源：纺织服装周刊 记者-郭春花）
责任编辑：第一时间
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