2023年10月30日，東麗公司通過官網(wǎng)發(fā)布了T1200的消息。一時(shí)間，點(diǎn)燃整個(gè)材料行業(yè)的情緒，各種評(píng)論漫天飛，“人工智能+原子級(jí)缺陷控制”技術(shù)，“大突破”，“遙遙領(lǐng)先”，“史上最強(qiáng)，中國(guó)還有多大差距？”……近期就看到一篇來自林剛對(duì)于該內(nèi)容的解讀，下面就來看看有哪些值得深思的地方。
(東麗官網(wǎng)原文)
NS1599 日本東麗推出新一代超高強(qiáng)度碳纖維TORAYCA®T1200，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1160Ksi，密度1.82g/cm3。
01.T1200材料公告原文的重點(diǎn)文字。
1.1
新聞稿第二段“Companies in various countries began manufacturing carbon fibers, increasing supplies of conventional high-strength offerings. Demand for high-strength carbon fibers has risen, necessitating a response from Toray. The company accordingly set about refining its a proprietary nanoscale structural control technology to design and achieve an internal structure with high toughness”，翻譯：各國(guó)的公司開始生產(chǎn)碳纖維，增加常規(guī)高強(qiáng)度產(chǎn)品的供應(yīng)。對(duì)高強(qiáng)度碳纖維的需求已經(jīng)上升，需要東麗做出回應(yīng)。因此，該公司開始完善其專有的納米級(jí)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)，以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具有高韌性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
解讀要點(diǎn)一
什么是東麗現(xiàn)在推出T1200的核心要素？
新聞稿提到兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是各國(guó)開始增加常規(guī)高強(qiáng)度產(chǎn)品的供應(yīng)了，常規(guī)高強(qiáng)度是指T700以上的品種。的確，這兩年，除了東麗傳統(tǒng)的本土對(duì)手，韓國(guó)曉星，中國(guó)的中復(fù)、長(zhǎng)盛、光威、恒神等多家企業(yè)均在大量銷售高強(qiáng)度的產(chǎn)品，東麗是承認(rèn)這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)威脅的。第二點(diǎn)，對(duì)高強(qiáng)度碳纖維的需求已經(jīng)上升。這里面包含的內(nèi)容也很多，比如氣瓶這幾年火爆的市場(chǎng)，但邏輯點(diǎn)在于：對(duì)高強(qiáng)度碳纖維需求的上升，就一定需要采用T1200?回顧東麗公司的歷史：1984年研制T800;1986年研制T1000，2014研制T1100G， 這些長(zhǎng)期的優(yōu)秀的品種不夠市場(chǎng)用?當(dāng)然，也一定存在還未廣為人知的小眾市場(chǎng)，或已知市場(chǎng)的特定尖端用途，確實(shí)需要T1200，但不可能是今天大家熟知的大規(guī)模應(yīng)用。
現(xiàn)如今東麗現(xiàn)在推出T1200的核心要素是應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。在東麗的產(chǎn)品譜系中，很多代表東麗榮譽(yù)的型號(hào)，被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，尤其是新興國(guó)家的中國(guó)一一攻克。他需要放出新產(chǎn)品，告訴世界：我依然是行業(yè)老大。當(dāng)然我們也應(yīng)清醒地看到，我們的攻克與東麗的成功研制還是有一定區(qū)別的：首先，東麗冷靜，T1200很多可能就是東麗的“存貨產(chǎn)品”之一。而我們中國(guó)人急性子，僅僅是實(shí)驗(yàn)或中試成果，就恨不得睡覺前就宣布。
解讀要點(diǎn)二
其專有的納米級(jí)結(jié)構(gòu)控制技術(shù)是什么？
這些年，人工智能火爆，“人工智能+化工”也確實(shí)是未來的發(fā)展方向，東麗也確實(shí)建立起相關(guān)的“前沿融合研究所”。在新聞稿上，東麗也確實(shí)提到了“納米級(jí)結(jié)構(gòu)控制”。但就此就想象發(fā)揮到“人工智能+原子級(jí)缺陷控制”，這也顯然是不吻合事實(shí)的。當(dāng)今的人工智能技術(shù)，其核心是廣闊學(xué)習(xí)+算法+超算，我們也清楚一個(gè)計(jì)算機(jī)的基本原則：“輸入是垃圾，輸出就是垃圾(Garbage In，Garbage Out)”。各家對(duì)碳纖維制備的很多技術(shù)是嚴(yán)加保密的，依靠公開的知識(shí)(無論是教科書、論文還是網(wǎng)絡(luò))，就能把碳纖維干好?另外，對(duì)于嚴(yán)加保密的技術(shù)，也分顯性知識(shí)與隱性知識(shí)(無可言傳的經(jīng)驗(yàn)、感覺與想象力)，除非實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口，把世界技術(shù)大拿腦子中的隱性知識(shí)都提取出來，當(dāng)然，這些大拿會(huì)反對(duì)的，因?yàn)檫@會(huì)挖到人性的齷齪一面。在局部技術(shù)段，比如聚合配方的優(yōu)化計(jì)算與擇優(yōu)，工藝的優(yōu)化方案的擇優(yōu)等等，人工智能經(jīng)過“養(yǎng)成”后，是可能發(fā)揮作用的。
納米級(jí)結(jié)構(gòu)控制，不是東麗這兩年的新東西，是東麗一直在堅(jiān)持的工作方法。下面的圖出現(xiàn)的時(shí)間是2008年，而東麗發(fā)布這張圖的時(shí)間更加久遠(yuǎn)。這是行內(nèi)人士再熟悉不過、也非常贊同的，這是東麗在碳纖維工程理論上的卓越貢獻(xiàn)。
Source: Toray’s Strategy for Carbon Fiber Composite Materials 2008
大家都理解了這個(gè)納米尺度(或稱之為原子尺度)的工作細(xì)度，但在實(shí)踐中，并沒有多少?gòu)S家如同東麗一樣，借助世界最先進(jìn)的分析檢測(cè)儀器，去探究碳纖維的納米(甚至埃米)的缺陷并做出相應(yīng)的工藝優(yōu)化。最早，我們通過“眼看、鼻聞、火燒”的老師傅經(jīng)驗(yàn)法，后來進(jìn)步到通過纖維的物理表征數(shù)據(jù)做工藝優(yōu)化，還未進(jìn)步到借助先進(jìn)儀器來優(yōu)化工藝的地步。
解讀要點(diǎn)三
“high toughness”高韌性的意義，結(jié)合東麗新聞稿的數(shù)據(jù)對(duì)比
首先，拉伸強(qiáng)度比T1100提高1Gpa, 而拉伸模量對(duì)比T1100不升反降, 這就形成了較高的斷裂伸長(zhǎng)率2.5%。航空復(fù)合材料最關(guān)心的指標(biāo)是CAI (沖擊后抗壓縮強(qiáng)度)及耐溫性。從CAI的角度，纖維性能、漿料、樹脂各自承擔(dān)了怎樣的作用，這里面涉及很多深?yuàn)W的復(fù)材力學(xué)知識(shí)，我也不懂，只能提問：傳統(tǒng)的做法是對(duì)樹脂增韌，纖維本身增韌是否有助于提高CAI指標(biāo)?另外，從直觀感覺：碳纖維單絲直徑降低是不利于CAI的提高的，從上面的數(shù)據(jù)，T1200對(duì)比T1100及T800直徑越來越細(xì)。實(shí)踐證明，細(xì)旦化是提升纖維力學(xué)拉伸與模量性能的捷徑，因此而帶來的CAI或者非沖擊壓縮性能的降低，是否值得?或者，T1200對(duì)復(fù)合材料的增韌效果是否會(huì)真正體現(xiàn)出來?
1.2
新聞稿第三段結(jié)尾“The company developed T1200 at a new facility within the Ehime Plant”公司在愛媛工廠的一套新裝置上開發(fā)的T1200。這套裝置到底新在哪兒?革新或是革命性創(chuàng)新?
解讀要點(diǎn)四
T1200是否T1100的自然延續(xù)？
中科院寧波所錢鑫博士曾經(jīng)在其公眾號(hào)發(fā)表了《全面了解全球頂級(jí)碳纖維制造商日本東麗人才梯隊(duì)發(fā)展》文章，這是個(gè)非常好的視角，通過分析國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2012年針對(duì)日本東麗公司的專利申請(qǐng)人進(jìn)行的詳細(xì)梳理，來研究東麗的人才梯隊(duì)發(fā)展，同時(shí)，錢博士也做出了大膽的判斷“從上述核心骨干發(fā)展看出，當(dāng)專注于聚合技術(shù)的平松徹作為技術(shù)骨干時(shí)，東麗公司基本解決了PAN原絲穩(wěn)定化技術(shù)，從而突破了T400和T700等技術(shù);當(dāng)以從事熱處理研究的松久要治成為骨干后，東麗公司獲得更高端產(chǎn)品T800、T1000和MJ系列等，而2014年日本東麗突破T1100也是依靠碳化階段精細(xì)化控制實(shí)現(xiàn)的。”通過錢鑫博士這個(gè)判斷，我大膽猜測(cè)：東麗這個(gè)新裝置，應(yīng)該是在T1100碳化線上多次革新之后而新建的碳化線，T1200的獲得應(yīng)該是T1100的自然延續(xù)。歡迎熟悉東麗情況的同行批評(píng)指正。
1.3
新聞稿第四段“Toray began selling carbon fibers in 1971 . It has supplied TORAYCA ™ for such applications as compressed natural gas and high-pressure hydrogen tanks, automobiles, aircraft, and sporting equipment. In 1986, the company developed TORAYCA ™ T1000, which was then world’s highest strength carbon fiber, and has since remained aglobal leader in that respect. In recent years, Toray further expanded the potential of carbon fibers by commercializing TORAYCA ™ T1100”翻譯：東麗從1971年開始銷售碳纖維。已提供TORAYCA™用于壓縮天然氣和高壓氫罐、汽車、飛機(jī)和體育器材等應(yīng)用。1986年，該公司開發(fā)了TORAYCA™ T1000，是當(dāng)時(shí)世界上強(qiáng)度最高的碳纖維，此后一直是這方面的全球領(lǐng)導(dǎo)者。近年來，東麗通過將TORAYCA™ T1100商業(yè)化，進(jìn)一步擴(kuò)大了碳纖維的潛力。
解讀要點(diǎn)五
東麗在彰顯他歷史的悠久，且一直保持引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的步伐
東麗今天的領(lǐng)導(dǎo)地位是通過半個(gè)世紀(jì)的歷史累積奠定的，宣布T1200的意義之一是告訴市場(chǎng)：在未來的歷史中，無論怎么競(jìng)爭(zhēng)，我還依然是龍頭老大。我們想一想，曾經(jīng)在碳纖維歷史長(zhǎng)河中的著名公司：杜邦、巴斯夫、BP、聯(lián)合碳化物、羅羅發(fā)動(dòng)機(jī)、英國(guó)皇家航空研究中心、英國(guó)原子能研究中心…… 真可謂“大江東去，浪淘盡，千古風(fēng)流人物”，唯有東麗依然屹立于潮頭!五十年的堅(jiān)守，上千億日元的科研投入，直到2014年獲得波音大訂單，才在財(cái)務(wù)上為集團(tuán)作出貢獻(xiàn)，這種偉大在全世界都稀有。
02
T1200是否會(huì)成為碳纖維行業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)？
我的回答是：風(fēng)向標(biāo)之一。
任何一種材料，追求更高性能是必然規(guī)律,碳纖維的理論性能：理論強(qiáng)度180Gpa (賀福老師教科書說法，東麗說法是130Gpa),拉伸模量1020Gpa。1960年美國(guó)UCC 帕爾馬技術(shù)中心羅格貝肯教授就制備出強(qiáng)度拉伸20Gpa，模量700Gpa 的石墨晶須，同一中心在1975年制備的瀝青基就到830Gpa 模量(目前最高965Gpa)。綜合上述事實(shí)，T1200的8Gpa+315Gpa，是碳纖維進(jìn)步階梯中的過程，碳纖維依然有巨大的進(jìn)步空間。
碳纖維已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)并形成了商業(yè)。在五彩繽紛的商業(yè)世界中，如同汽車世界，既有價(jià)格上億人民幣的勞斯萊斯浮影(全球限量發(fā)售3臺(tái))，也有累計(jì)銷量數(shù)千萬(wàn)輛的豐田卡羅拉，都有其存在的價(jià)值。而在碳纖維世界中，更廣泛的情況是：性價(jià)比是王者。無論是提升性能，還是降低成本，均可取得成功。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)世界中，通常是兩者并行的。
我們也不得不注意一個(gè)“曲高和寡”的普遍現(xiàn)實(shí)，尤其是新材料的應(yīng)用。如上所講：東麗T800是1984年研制成功的。經(jīng)過了30年，直到2014年，東麗才與波音簽署了萬(wàn)億日元(當(dāng)年約合人民幣526億元)的大單。而1986年研制成功的T1000, 2014年研制成功的T1100G，至今還沒有大訂單的報(bào)道。這當(dāng)然也是碳纖維的宿命及東麗偉大的一面。
現(xiàn)如今的碳纖維行業(yè)中，還有從事熱塑性樹脂基體的研究方向，這里面需要解決纖維表面處理技術(shù)、熱塑性樹脂流動(dòng)浸漬的技術(shù)，確保樹脂能夠把纖維粘牢，從而實(shí)現(xiàn)更好的性能優(yōu)勢(shì)，從碳纖維到預(yù)浸料再到產(chǎn)品，要有很長(zhǎng)的路要走，過程肯定艱難，但依然要前行是一樣的道理，因?yàn)楦咝阅苁潜厝坏倪x擇。
03
總結(jié)
根據(jù)上面的解讀、猜測(cè)與思考，我們認(rèn)為：
東麗公司作為偉大的業(yè)界龍頭，他本次宣布的T1200是對(duì)行業(yè)有重大影響的：碳纖維依然有巨大的技術(shù)發(fā)展空間，技術(shù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的魂不能丟;
追求高性能是碳纖維的本能與必要，需要企業(yè)與全社會(huì)持續(xù)下功夫;
碳纖維的發(fā)展不是一味追求性能的，必須根據(jù)企業(yè)的特點(diǎn)及可為的應(yīng)用領(lǐng)域 (比如軍品或商用飛機(jī)的碳纖維就并非家家可為)，在性價(jià)比之間選擇當(dāng)期發(fā)展之重點(diǎn);
碳纖維的發(fā)展也不是一味追求“拉伸性能”的，要熟悉復(fù)合材料，要根據(jù)具體應(yīng)用，定義核心參數(shù)，針對(duì)具體應(yīng)用發(fā)展碳纖維特色品種。每家企業(yè)要意識(shí)到：產(chǎn)品同質(zhì)化價(jià)格血拼，市場(chǎng)就沒有贏家。
“青山依舊在，幾度夕陽(yáng)紅”，行業(yè)依然在成長(zhǎng)與發(fā)展中;無論當(dāng)前的困難如何，我們應(yīng)“慣看秋月春風(fēng)”，勇往直前!
作者：林剛
