中国碳纤维绝地反击：日美不卖，中国山西造

几批研究者孜孜不倦的付出，助力我国实现了高端碳纤维的「无中生有」和「由弱变强」，让中国碳纤维从「被人卡脖子」，变成了今天的「占据全球产能的半壁江山」。

碳纤维曾被「两院院士」师昌绪形容为跟芯片一样重要的东西。

它的重量只有钢的四分之一，强度却是钢的七到十倍，太空环境下能耐受上千度的高温，零下两百度仍能保持稳定。

这种优越的性能，让它成为「现代材料之王」。

往大了说，它可以制造洲际导弹和运载火箭的耐高温外壳，可以制造飞机的轻质航空机身，制造顶级跑车里坚固的驾驶座舱。

往小了说，它是马拉松跑鞋里那块像弹簧一样助力的碳板，是钓鱼佬手里轻松捏起的轻量鱼竿，也可以制造单手就能拎上楼的公路自行车。

还有风力发电的叶片、高铁的车头、氢能汽车的储氢罐，“低空经济”中的飞行器，碳纤维都不可或缺。

但是曾经，对于中国来说，碳纤维却是一个被死死卡住脖子的痛点。以日本东丽为首的日本和美国企业，通过多年的技术垄断，占据了全球大部分市场份额。

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2005年左右，因为高性能碳纤维是典型的「军民两用」敏感物资，日美对中国实行了出口管制。你能在市场上买得到波音787，但买不到造飞机的用的高端碳纤维，更买不到背后的科研技术。

那几年，正值国产大飞机项目酝酿启动，国防武器高速发展，新一代运载火箭和卫星急需升级。很多高端制造领域，图纸都画出来了，但因为缺碳纤维，面临「无米下炊」的窘境。

就在这个节骨眼上，太原有个叫山西煤化所的单位，被叫到了中科院开会。

煤化所全称是中国科学院山西煤炭化学研究所。从1954年建所开始，他们就在研究煤基碳材料，包括碳黑、活性炭等，把碳玩出了花。

中国科学院的领导问了煤化所所长孙予罕一个很直接的问题：「国家急需宇航级碳纤维，你们能不能担起这个科研重任？」

孙予罕心里没底，因为碳纤维跟他们之前做的碳材料完全不是一回事，工艺复杂程度压根不在一个量级。要实现宇航级标准的T300碳纤维批量生产，面临着非常现实的工艺稳定性、装备精度挑战。

所谓T300，是日本东丽确立的一套碳纤维强度分级体系。

T300 属于可用于航空航天的入门级型号，此外还有T700、T800，乃至T1000。「T」代表拉伸强度，后面的数字越大，抗拉强度越高，制造难度也更大。

之所以标准由日本东丽制定，是因为在碳纤维的商业应用上，东丽起到了奠基性的作用。

碳纤维最早是冷战时期，美国在和苏联搞军备竞赛的时候研发的。但是在民用领域，这个研究被日本东丽摘了果子。

1971年，东丽重金押注碳纤维赛道，靠着其他业务「输血」亏损了二十多年，终于在90年代，借着波音787的出现一战封神。

波音787是人类历史上第一架半个机身都由碳纤维打造的大型客机，光靠碳纤维减重省下的油费，就是一个天文数字。而波音787，用的就是东丽的产品。从此之后，碳纤维成为了现代客机的标配，东丽也翻身成为行业霸主。整个欧美业界，也开始关注这个赛道。

东丽还建立起一整套技术评价体系，T300、T700、T800 等概念被推广开来，成为行业通用语言。

到2005年的时候，日本的东丽、东邦、美国赫氏（Hexcel）等头部几家日美企业已经占据了碳纤维的大部分份额。

面对日美企业的出口限制，孙予罕代表山西煤化所接下了这次任务，并立下军令状：要在2008年6月30日之前，量产出T300级别的产品。

山西敢接这个烫手山芋，是因为手里握着一张关键底牌——山西煤化所早在上世纪六七十年代就开始了碳纤维研究，是中国最早的碳纤维研究机构之一。

实际上，我国在碳纤维领域的起步并不晚，那个年代不只是山西煤化所研究，国内多家科研机构也都投入了进来。

但遗憾的是，几十年过去了，我们始终处于「有样品，没产品」的尴尬境地。实验室里确实能做出几根高性能的样品丝，但一上流水线就断，始终没能量产。

直到2001年，80岁高龄的「中国材料学之父」师昌绪院士急了，他给中央写了一封信，痛心疾首地指出：我国国防科技有两个最大隐患，一个是微电子芯片，另一个就是高性能碳纤维。

这封信后来促成了国家「863计划」碳纤维专项的设立。可以说，这次中科院的任务，也跟师老的呼吁有关。

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在接下任务之后，煤化所迅速集结了全所的精锐力量，一场针对碳纤维的技术攻坚战，在山西正式打响。

为了能够在三年的期限内后来居上，团队采用了一个大胆的做法：放弃当时国际主流的「连续聚合法」，采用了更易控制变量的「间歇聚合法」。

「连续聚合法」是日美企业主流做法，日本东丽公司从研制出材料原丝，到生产出T300，一共用了五年时间，而后续的改进更是用了十年时间。

但问题是，一旦中间出了差错，你根本不知道是哪一步错了，光是排查故障、调试设备，可能就要耗掉很长时间。而「间歇聚合法」是分步做实验，这一步错了，马上调整，很快就能试下一次。

这个路线也意味着，碳纤维研究面对的不是几个参数，而是大量相互影响的工艺参数，任何一个参数的改变，都会影响整体结局。

这需要研究者反复实验、详细记录、把错误参数一点点排除干净。

当然，山西并不是自己在战斗。

中国科学院组织了多个实力雄厚的院属单位共同参与项目攻关。例如，化学研究所研制油剂，上海有机化学研究所、长春应用化学研究所负责研制上浆剂。

最终，山西煤化所完成了这个艰巨的挑战。

在经过难以计数的失败，团队终于在2008年6月的最后期限前，成功量产了性能稳定的T300碳纤维。

国产T300的生产成功，意味着中国打破了国外的技术封锁，拥有了自主保障国防需求的能力。

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但是，T300 只是高端碳纤维的入场券。无论是对于煤化所，还是对于山西来说，它都只是一个起点，而不是终点。

与此同时，国内的其他企业如中复神鹰、光威复材、恒神，在中高端型号上持续爬坡，国内的T700、T800量产逐渐站稳脚跟。

而摆在煤化所面前的，是另一个需要攀登的高峰——T1000。

T1000 是目前碳纤维产业中性能最高的型号之一，代表着碳纤维制造的最高技术水平。它的拉伸强度能够达到6400兆帕，一根比头发丝细几十倍的T1000级碳纤维，能承载200千克的载荷。

为了攻克T1000，山西煤化所新一代研究者张寿春，带着团队在太原的实验室里持续攻关多年，逐步打通了 T1000 的实验室制备技术。

但很快，一个所有材料科学家都会面对的现实问题摆在了面前：实验室能做出来，并不意味着工厂就能稳定造出来。

要把烧杯里的几克样品，变成流水线上的规模化产品，中间隔着一道难以逾越的工程化鸿沟。仅凭一家科研单位的力量，已经难以跨越这道门槛。

正是在这一阶段，一个新的机会点出现了，那就是山西华阳集团。

华阳集团前身是阳泉煤业，曾是世界500强企业，拥有全国最大的无烟煤生产基地。但这家国企巨头，也面临着煤炭企业转型的巨大压力。于是，他们决定进军碳纤维。

华阳这个决定不是头脑发热。他们有两个核心优势。

一个当然是钱。如果说煤老板有钱，那么华阳更是排得上号的国有煤炭企业。其次，他们拥有完善的煤化工产业链和生产经验。

对于华阳的转型，大同市政府也非常支持。大同的发展，曾经高度依赖于煤炭行业，但是目前，他们必须找到新的出路。

这一边，是有资金、懂工程但缺核心技术的工业巨头；另一边，是有顶级技术但缺产业化能力的张寿春团队。

于是两者一拍即合。

2022年，大同市政府、华阳新材料科技集团、中国科学院山西煤炭化学研究所共同签订了碳基新材料项目合作协议，在大同市建设高性能碳纤维生产基地。

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T1000的制造，会用到一种国际公认最先进、但也最难的工艺，叫作「干喷湿纺」。

简单来说，这项技术就是像挤牙膏一样，把高分子胶液挤出来，让喷出来的丝，在空气中「飞」一段距离，然后喷进凝固药水里（凝固浴）。

这段距离极短，通常只有毫米级，但是可别小看这几毫米的距离，它却一直是从业者的噩梦。

想象一下，一架大型设备，喷丝板上密密麻麻分布着成千上万个微米级别的微孔，高压流体以极高的速度喷涌而出。

这相当于几万根比头发丝还细几十倍的液态细流，同时穿过几毫米的空气层，还不能有一丝一毫的抖动。

在工业环境下，巨大的机器轰鸣会带来震动，车间的空调风会带来气流扰动，甚至液面本身都会有微小的波浪。

一旦有一根丝在空气中抖动或者断裂，它就会直接影响周围成百上千根丝，导致纤度波动、缺陷甚至断丝，昂贵的原材料很可能成批报废。

东丽在产线稳定化方面，就曾经耗费了多年的时间，这也是为什么，「干喷湿纺」技术，一直被称为「碳纤维工业的分水岭工艺」。也正是因为如此，这个技术对我国的封锁也最密不透风。

在这时候，华阳作为老牌国企的统筹能力就显现出来了，它直接拉来了赛鼎工程一起攻关。

赛鼎是国内顶尖的化工工程企业，他们的核心职能是将数据，转化为具体的设计图纸和设备制造标准，并统筹整个生产线的建设。

三方紧密配合，针对数千度高温碳化炉等核心设备进行国产化攻关，并将各种工艺参数进行工业级适配。

为了解决从实验室到工厂的规模化难题，张寿春带领几十人的技术团队，在大同冬季零下二十度的极寒天气里，长期守在轰鸣的机器旁，进行调试。

经过夜以继日的连续作业，他们构建起了这套生产设备系统，逐一排除了管道坡度、流体不畅等数百个工程隐患，终于驯服了这条复杂的生产线，厘清了生产流程，使原本难以预测的过程变得稳定可控。

到刚过去不久的11月，这条生产线完成了连续运行验证，试产成功，一期工程具备了年产约200 吨的生产能力。

这意味着，我国在超高强度T000碳纤维领域成功实现了突围，让国产碳纤维在技术上迈入了国际先进行列。国产大飞机、运载火箭、洲际导弹，这些国之重器的碳纤维供应，不再受制于人。

到此为止，我国已形成了以华阳集团、中复神鹰、光威复材为核心的高性能碳纤维「第一梯队」，全面覆盖从T800到T1000的高端技术与产品。

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山西煤化所从2005年开始的基础款研究，再到2025年攻克工业皇冠上的「明珠」，这条路正好走了整整20年。

这背后，是几批研究者孜孜不倦的付出，助力我国实现了高端碳纤维的「无中生有」和「由弱变强」，让中国碳纤维从「被人卡脖子」，变成了今天的「占据全球产能的半壁江山」。

很多人对山西的印象，还停留在「老陈醋」和「煤老板」上，但恰恰是这片看似传统的土地，孕育出了最尖端的高科技材料。

那么为什么高端碳纤维国产化，山西会发挥这么重要的作用？

这是因为，碳纤维的本质，归根结底还是「碳」。

在过去，山西的煤炭资源，让它成为最重要的能源基地，它曾经国家建设建立了功勋，也不得不背负后来的沉重。

但今天，山西煤化所、华阳集团，实际上是完成了一场跨越半个世纪的产业升级：他们不再把煤仅仅当作锅炉燃料，而是把它变成了化学材料。

从地底最深处那块黑乎乎的煤炭，到飞向太空的T1000碳纤维，虽然都是同根同源，但价值却翻了成千上万倍。

这就是一个传统能源大省，在面对时代转折时，体现出来的转型勇气。

这片三晋大地，曾经用煤炭温暖过全中国；现在，它又用碳纤维撑起了大国重器的骨架。

参考资料：

干喷湿纺高强/中模碳纤维产业化关键技术：让中国用上自己的碳纤维  中国化工报

他们为中国高性能碳纤维闯出一片天  山西科技新闻网

零下20℃的坚守，只为冲破高端碳纤维“天花板”  中国科学报

中国碳纤维往事：风云六十载  艾邦智造

日本东丽垄断 60 年，中国如何用 “干喷湿纺” 打破碳纤维霸权？  联净复合材料

碳纤维行业专题报告：远近观全球市场，三角度解析东丽  中信证券

国产碳纤维再获关键突破！  中国化工信息周刊

大型国企带头打破“日美垄断”  企业观察报

我国高性能碳纤维规模化生产迈入关键突破阶段  中国产业经济信息网

T1000级高性能碳纤维山西量产  中国新闻网

中国化学赛鼎公司助力T1000级碳纤维项目投产  新华网山西频道

专访华阳集团董事长翟红：力争三到五年跻身新材料产业“世界500强”  证券日报

干喷湿纺聚丙烯腈原丝的生产与应用  原创力文档

聚丙烯腈原丝及其干喷湿纺 高健 陈惠芳

本文来自微信公众号 “IC实验室”（ID：InsightPlusClub），作者：IC实验室，36氪经授权发布。