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  • 甘肅郝氏炭纖維是一家專門從事碳布,硬質復合炭氈,炭纖維布,炭纖維復合氈的民營高新技術企業。
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    李克?。褐袊祭w維研究的過去與現在
    來源:www.thaliasoap.com 發布時間:2019/6/13 17:20:14
    李克?。褐袊祭w維研究的過去與現在

    久攻難克的碳纖維技術    

    1959年,日本人發明了用聚丙烯腈為原絲加張力牽伸制造碳纖維的方法,成為當前的主流產品,制造技術主要掌握在日本及美國的少數公司手中。

    中國用聚丙烯腈為原料生產碳纖維的研究始于1962年,起步可謂不晚,但長期未取得實質性進展。由于碳纖維在航天航空等國防工業中有重要用途,西方國家將其視為軍用物資,對中國 “禁運” ,更不轉讓生產技術。 20世紀70年代,美國在戰略導彈和作戰飛機中開始使用碳纖維增強樹脂材料,使得武器性能大幅提高。我國國防科技系統認定,我國戰略武器和軍用飛機采用樹脂基復合材料代替金屬也勢在必行。

    1975年由當時的國防科委主任張愛萍親自主持召開了一次專題會議,部署國內碳纖維研究工作,由國家計委安排500萬元資金做啟動費,制定了10年發展規劃,組織了原絲、碳化、結構材料、防熱材料、測試檢驗技術5個 “攻關組” ,安排20多家研究和企業單位參加,如由吉林化學工業公司研究院、吉林遼源石油化工廠、蘭州化學工業公司化纖廠、上海合成纖維研究所采用不同溶劑路線研發聚丙烯睛(PAN)原絲,上海合成纖維研究所、吉林、上海、蘭州、撫順4家碳素廠、山西燃化所、中科院化學所等負責碳化技術研究,另外還安排了織物和材料應用研究。這次會議對促進中國碳纖維研究起到了重要推動作用,調動了研究人員和企業為國防建設做貢獻的熱情。各單位陸續生產出不同質量的原絲和碳纖維,雖然其力學性能較差、穩定性不好,但畢竟解決了有無問題,并成功用于某些型號的非結構件。

    1978年5月,國家科委恢復,碳纖維轉由科委為主管理,我由當時的石化部調國家科委二局新材料處,主管碳纖維項目。新材料處把碳纖維視為重中之重,花了很大精力和經費,力圖把碳纖維質量抓上去,先后會同國防科工委等召開了多次會議。

    據不完全統計,從1975至1981年底,中央各部委共投入到承擔碳纖維原絲、碳纖維制品等的民用研制長所的資金約2600多萬元,共建設廠房、試驗室20000多平方米。建成PAN原絲試制動力約50t/a,碳纖維長絲的試制能力1.5~2.0t/a,大體滿足了國防急需。但碳纖維質量雖有所提高,卻一直難以有大的突破,特別是不勻率高、毛絲多,力學性能也上不去,和日本產品質量差距越拉越大,而成本卻遠高于日本產品。由于質量達不到起碼要求,無法用以制備大量需要的航天航空結構材料。

    鑒于碳纖維及其原絲技術的復雜性和難度,1975-1982年,都在組織不同內容和形式的攻關組,希望把各研究、生產單位組織起來,分工協作,集成優勢力量和成果,把碳纖維搞上去。但有取得好的效果,其原因是多方面的,主要一點是知識產權問題沒有得到解決,部門、單位利益驅使,使 “協作” 難以進行。
    由于碳纖維研究陷入困境,各單位把希望轉向引進國外先進設備和技術。

    1984-1985年,國家科委鼓勵引進國外先進技術,承諾將給予資金支持。1984年,冶金部支持上海碳素廠試圖引進美國Hitco碳化設備,最終被美國國防部否決。吉林化學工業公司經過調研、詢價,世界各知名碳纖維公司均囿于 “巴黎統籌條約” 限制,不轉讓技術、不出售設備,只有英國RK公司同意出售大絲束預氧化爐和炭化爐,經過談判、考察,最終以450萬美元購買了生產能力為100t (12K) /a碳化設備及相應測試儀器,按當時匯率折合2731萬元。國家科委按承諾給了250萬美元額度指標和895萬元,化工部給了200萬美元額度指標,吉化公司自籌1836萬元,工程最終決算約為3000萬元。 1990年經多次試車,預氧化爐尚可,炭化爐始終開不起來。

    1986年,聯合國開發計劃署(UNDP)和聯合國工發組織(UNIDO)批準在北京設置 “碳纖維及其復合材料的開發應用” 項目,由北京化工學院和北京航空材料研究所共同承擔,總經費共250萬美元,其中中國政府分攤150萬美元。北京化工學院經調研,同樣除英國RK公司外,沒有廠家愿意出售,最后由北京化工學院提供工藝參數,委托英國R K公司加工制造一套10t級(12K)預氧化、炭化中試線,加工費56萬美元。

    項目歷經磨難,幾次因 “可能有用于軍事” 而險些遭到封殺,原定3年完成的項目拖了7年,1993年6月才勉強 “驗收” ,實際上并未能正常運行。

    2套引進設備均未能正常運轉,所謂的外國專家也無能為力,引進單位有苦難言,十幾年后都當廢鐵賣了。具有較高技術水平的碳纖維公司,無論從政治角度還是商業角度都不可能向我國轉讓技術或出售設備。同意轉讓技術、出售設備的大多是一些小公司,其技術水平雖總體上高于中國,但技術偏低,甚至不過關,無先進性可言。RK碳化設備就有許多技術沒有解決好。吉化公司和北京化工大學缺乏大規模改造設備的技術實力,又因要保密,限制系統外專家介入,加上資金嚴重短缺,只好被迫 “交學費” 。

    在幾十年的風風雨雨中,盡管也取得了多方面成績,但一個嚴酷的事實是:碳纖維技術沒有根本性突破,碳纖維產業沒有建立。這在我國新材料研發中是為數不多的失敗案例。雖然國防事業迫切需要,但一連串的失利嚴重挫傷了各方面的信心,國家各部門在20世紀后期的10多年內都不愿或不敢大量投資,使碳纖維演研發成為一塊令人望而生畏的“燙手山芋”,碳纖維人嘗到了太多的酸甜苦辣,對此我深有體會。

    師昌緒院士呼喚中國碳纖維的新世紀

    大約是2000年初,師昌緒先生問我 “是否了解碳纖維?” 師先生對我說,中國的碳纖維上不去,影響國防科技和高新技術發展,關系到國家安全,不搞上去不行。中國的材料科技工作者解決了國防需要的成千上萬種新材料,碳纖維制備技術不能突破,是材料科技工作的重大失誤。師先生還說,他已近80歲了, 80歲以后要少管點事,但想抓一抓碳纖維,碳纖維上不去,國防安全無保證,將死不瞑目。他希望我“找幾個熟悉情況的人,認真研究過去碳纖維搞不上去的原因和今后應該怎樣去做。 ”

    師先生長期從事金屬材料研究,碳纖維是師先生所不熟悉的領域,而且是一項技術難度很大的系統工程。師先生在快80歲的時候 “想抓一抓碳纖維” ,體現了他憂國憂民的崇高精神境界,國家需要是師先生的最高人生目標。師先生的精神和勇氣深深打動了我,當即表示愿意當師先生的助手,協助抓好碳纖維。師先生的意見得到當時科技部高新司石定寰副司長、材料處馬燕合處長、八六三計劃新材料領域首席科學家石力開等同志的支持,決定在八六三新材料領域立軟課題 “聚丙稀腈基碳纖維發展對策研究” ,成立了以師昌緒為組長的軟課題組,日常工作由我負責。師先生的呼吁也得到了總裝備部、國防科工委、國家計委、中國科學院、國家自然科學基金委員會相關司局以至各部委高層領導支持,由此可見師先生在科技界影響之大,威望之高。

    2000年師昌緒先生提出要抓碳纖維時,正是碳纖維研發處于最困難的低谷時期,只有吉化公司、吉林碳素廠和北京化工學院還在 “慘談經營” ,維持小批量供貨,其他研發單位基本退出了這一領域。

    師先生和各部委的同志都把 “說清碳纖維上不去的原因” 視為重新立項的前提條件,當時馬燕合處長還很大度的表示,涉及科技部工作中的錯誤和失誤,盡管放開講,這有利于未來的工作。但要說清楚碳纖維搞不上去的 “原因” 并不容易。我組織專家撰寫分析文章,羅益鋒、趙稼祥、蔡華蘇和張復濤的3篇文章在《材料導報》2000年第4期和第5期上發表,以編輯部名義寫了短評 “總結過去,展望未來” ,核心內容是以總結過去為切入點,找準我國碳纖維研制失誤的原因,以求在今后避免。短評由我起草,師先生逐句修改。但要深入總結碳纖維的失誤和教訓是困難的,一是原因復雜,涉及多個方面,不容易說清;二是涉及具體單位、人員,中國文化的 “含蓄” 性決定了難以暢所欲言。發表的3篇文章都沒有把原因說透,為此,師先生認為有必要開一次研討會,專門總結經驗教訓,以加深認識,同時擴大影響,利于今后碳纖維立項。

    2000年8月28日,國家高技術計劃新材料領域專家委員會、中國人民解放軍總裝備部先進材料技術專業組、《材料導報》編輯部北京分部聯名在京召開 “聚丙稀腈基碳纖維發展對策研討會” ,會議主題是 “總結過去,展望未來——為中國碳纖維事業出謀劃策” ,來自全國各地的30個單位、 50多位代表出席了會議,科技部、總裝備部、國防科工委、國家自然科學基金委均派人參加。會議反映出對歷史教訓的不同認識,在對諸如成績估計、決策失誤、部門分割、資金使用、創新能力以及原絲的重要性等方面均有不同見解,主要原因是不愿意本人或本單位的工作得不到肯定或受到批評。但對歷史教訓仍取得4點共識,即對碳纖維的重要性和技術難度缺乏正確估計;投資嚴重不足,使用嚴重不當;形不成國家攻關隊伍;缺乏創新意識和創新環境。我以為雖然深度不夠,達不到科技部要求,但也大體反應了實際狀況,再說過多的話,可能會影響隊伍團結。會議最終形成的 “會議紀要” 于9月上旬報送各有關部委?!恫牧蠈蟆?000年第11期又發表了吳人潔等7篇會議發言。

    在此基礎上,師先生又領導我們繼續完成了《聚丙稀腈基碳纖維發展對策研究報告》和《我國聚丙稀腈基碳纖維及原絲研制、生產單位概況》,于2000年12月報送各部委。至此軟課題宣告結束。




    以上工作對碳纖維爭取 “十五” 研究經費起到重要作用,但師先生認為火候還不夠,還要繼續努力才能確?!笆濉?研究經費的落實。 

    2000年12月27日,師先生邀請有關部委同志在中國工程院開座談會,圍繞 “十五” 碳纖維研制目標、研究體制和經費來源進行座談。出席會議的是有關部委的司局長或處長。會議進行了深入討論,關于經費來源,會上分析了各種方案,大家都支持由師先生給中央領導寫信,認為對于經費落實會有促進作用,關于體制問題,大家都認為很重要,曾提到要集中優勢力量,打破單位界線,組織國家隊,研制單位控制在2 ~3家,建立競爭機制,采用課題制,設立專家小組等。
    2001年1月,師先生給江澤民主席寫了 “關于加速開發高性能碳纖維的請示報告” 。 “江辦” 將報告批轉到國家計委和科技部等部門,產生較大影響,對以后的經費落實起到了決定性影響。

    2001年師先生親自對碳纖維做了許多調查研究。

    2001年9月25日科技部高新司在京召開 “PAN高性能碳纖維研制與開發戰略研討會” ,師先生全程參加2天會議,仔細聽取大家發言,并發表了多方面的意見,如師先生強調了基礎研究和纖維質量穩定的重要意義,強調實驗室成果必須經中試放大考驗后才能產業化,提出要加強原絲、碳絲表征、測試技術研究。根據大家的意見,師先生同意將 “十五” 目標做適當調整。
    2001年10月科技部決定設立碳纖維專項, 11月遴選組成了專家小組,由中科院化學所副所長徐堅任組長,北京化工大學徐樑華任副組長。

    2002年2月26日科技部高新司召開八六三計劃新材料領域 “十五” 安排通氣會,師先生針對碳纖維專項再次提出:一是目標要明確,二是組織形式要創新,要推行聯合,不能有門戶之見,不能形成 “瓜分體制” ,支持建設高水平的分析測試平臺,支持建立公平、公正、高透明的取樣評價體系。

    為了確定碳纖維研究目標,師先生決定再召開一次通氣會,把國防部門請來,共同把一下關,2002年3月6日會議在基金委員會召開,徐堅匯報了專家組制定的 “戰略目標論證報告” 后,吳世平、才鴻年、賀守華等同志提出了很中肯的意見,主要有以下幾點:纖維的質量和價格都要有約束,要考慮經濟規模的生產;目標要集中,要在原絲和高性能上下功夫;有質量和價格優勢的品種,要做重點;要吸收優秀人才,引入競爭機制,參加單位不能太多,避免分散等。

    2002年3月9日,專家組在太原開會,最后修改審定 “十五戰略目標” ,徐堅同志傳達了通氣會的意見,并按此對戰略目標做了若干重要修改?;叵肫饋?,師先生主持的 “通氣會” ,可以說是在關鍵的時間討論了關鍵問題,提出了關鍵意見,對 “十五” 研究方向產生了重要影響。

    師先生考慮問題歷來是既想到當前又看到未來。當技術研發經費塵埃落定后,師先生又考慮怎樣加強基礎研究,為 “十五” 之后更高性能碳纖維的持續發展做準備。為此,師先生出席各種會議,多次聽取匯報,關注著每個細節,撲捉每個機會。師先生指示我要探討研究關鍵科學問題,尋找物色學術帶頭人,了解可能的經費來源。

    師先生2002年11月12日給基金委領導些了建議報告,得到積極支持。

    2003年1月17日,國家自然科學基金委員會批準碳纖維2個重點項目,由“宏觀調控經費”資助。

    2005年碳纖維項目被批準為國家重大基礎研究項目(九七三項目),獲得了寶貴的基礎研究經費。

    當我國碳纖維技術取得進展,產業化起步后,師先生立即把國產碳纖維應用提上日程,努力支持開展相關應用研究,并為此爭取專項經費,取得重要成績。

    經過科技人員多年的艱苦努力,我國碳纖維技術已取得重大進展,雖然還有諸多問題有待攻克,但我們已經可以不再受制于人。進來,中國大地掀起碳纖維投資熱,國有、民營一起上,都要爭奪碳纖維市場的蛋糕。雖然這一投資人帶有盲目性,筆者并不贊成,但可以預料:未來的10年將是中國碳纖維產業騰飛的時期??吹竭@些成績,我認為師昌緒先生作出了重大貢獻,他是促進中國碳纖維事業發展的靈魂,是他喚來了中國碳纖維的新世紀
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