這家企業(yè)成為了碳纖維熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域的“黑馬”

“獲得國(guó)家91項(xiàng)專利，碳纖維回收利用比美國(guó)提前兩年時(shí)間做到，全國(guó)第一條碳纖維熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)線……”或許你很難將這些成就與一家成立不到4年的公司聯(lián)系起來。

但就是這樣一家“新”企業(yè)，憑借著自身的堅(jiān)持，成為了碳纖維熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域的“黑馬”。

成立于2016年12月的安徽旭升新材料有限公司（以下簡(jiǎn)稱：旭升新材）是一家專業(yè)從事新能源汽車用超能復(fù)合材料研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)。其研發(fā)生產(chǎn)的碳纖維PA熱塑性復(fù)合材料是碳纖維復(fù)合材料加工新技術(shù)，在國(guó)內(nèi)少有。

過去的倒視鏡在480G左右，用碳纖維PA復(fù)合材料制作的倒視鏡只有200G左右，重量減輕58%。

“碳纖維熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域很廣泛，將來在新能源汽車領(lǐng)域肯定會(huì)大有作為。以我們生產(chǎn)的倒視鏡為例，應(yīng)用在新能源汽車上，能減輕重量，增強(qiáng)強(qiáng)度。耐刮擦性也有提高，倒視鏡移動(dòng)性更輕便、靈活，耗電少?！毙裆虏膭?chuàng)始人蔡福泉近期在接受《大國(guó)之材》采訪時(shí)表示。

失敗千次迎來全國(guó)NO.1

如果所有人都說你錯(cuò)了，有可能這才是你離正確最接近的時(shí)候。蔡福泉和他的團(tuán)隊(duì)在碳纖維熱塑性復(fù)合材料上的堅(jiān)持，看起來證明了這個(gè)道理。

碳纖維復(fù)合材料可分為熱固性與熱塑性，熱塑性具有可注塑成型，能夠滿足大量的高速生產(chǎn)的節(jié)奏，以及可回收等優(yōu)勢(shì)。高分子材料畢業(yè)的蔡福泉和他的同學(xué)一起組建了這家公司，攻克這一材料。

從一個(gè)新課題開始，到找出理想的基體材料，他們用了近5年時(shí)間。項(xiàng)目在不斷失敗、不斷總結(jié)、不斷提高中緩慢推進(jìn)。

“這里頭我們走了很多彎路，失敗不亞于1000次?！碧岬窖邪l(fā)之初的艱辛，蔡福泉記憶猶新?！耙?yàn)橐婚_始不知道哪個(gè)基體好，也沒有資料和文獻(xiàn)可查，我們就找了很多基體去試，但老是不成功，試了很多次后才想出相似相熔理論?！?br />
排除了上千種不可能后，成功在慢慢靠近。在理論層面，尼龍材料對(duì)碳纖維的浸漬與尼龍材料的熔融指數(shù)息息相關(guān)，熔融指數(shù)大，分子量小。而分子量小又影響復(fù)合材料的綜合性能，因此要盡量選擇熔融指數(shù)高，分子量分布窄、流動(dòng)性好的尼龍材料需要大量的試驗(yàn)。

但碳纖維和尼龍6不完全相似，需要對(duì)尼龍材料進(jìn)行改性，使得尼龍材料能夠和碳纖維充分的浸漬以提高材料的綜合性能。同時(shí)對(duì)碳纖維進(jìn)行表面處理，以增加與基體的反應(yīng)活性。“我們加了很多助劑改性兩種材料，改性后出來的材料復(fù)合要求了。可以說，這里頭的技術(shù)難點(diǎn)就在這里，創(chuàng)新點(diǎn)也在這。”蔡福泉說。

材料開發(fā)出來了，如何產(chǎn)業(yè)化令蔡福泉撓頭不已。

“國(guó)內(nèi)沒有設(shè)備，更沒有這樣的產(chǎn)線。一開始我們講要買設(shè)備的時(shí)候，國(guó)內(nèi)一些知名廠家聽到都很感興趣，都想來投標(biāo)。但聽到我們是生產(chǎn)碳纖維熱塑性復(fù)合材料后，他們都退縮了，并勸我也別做了，肯定做不成的?！辈谈Ｈ嬖V《大國(guó)之材》，幾乎所有先前感興趣的廠家都用專業(yè)知識(shí)和真實(shí)案例勸他不要涉險(xiǎn)。

對(duì)方認(rèn)為，制造熱塑性的復(fù)合材料的過程中因?yàn)樘祭w維質(zhì)量輕，會(huì)在空氣中飄起來，此外它具有導(dǎo)電性，會(huì)損毀設(shè)備。

在備受備“打擊”后，蔡福泉團(tuán)隊(duì)與中國(guó)化工科學(xué)研究院開始合作。“他們一開始也說沒有完全的把握，但愿意試一試?！?br />
正是這一試，試出了全國(guó)較早的碳纖維熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)線。

“雖然生產(chǎn)線里面有三個(gè)關(guān)鍵設(shè)備是從德國(guó)進(jìn)口的，但其余部分的設(shè)備都是化工研究院研發(fā)出來的，這比我們一開始設(shè)想的全部進(jìn)口成本要低多了。如果設(shè)備全部進(jìn)口，報(bào)價(jià)是1000萬歐元左右，而現(xiàn)在，整條產(chǎn)線的成本是1000萬人民幣左右?！辈谈Ｈ榻B。

2018年，旭升新材在國(guó)內(nèi)較早建成了碳纖維熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)線，2019年，該產(chǎn)線投產(chǎn)。目前，該產(chǎn)線的年產(chǎn)量為1500噸。

“雖然現(xiàn)在產(chǎn)線還不是很完善，存在這樣那樣的問題，但總算是有了，我們也在邊用邊完善?！辈谈Ｈ嘎叮衲晟习肽?，旭升新材準(zhǔn)備開第二條產(chǎn)線?！坝辛说谝粭l，第二條就是復(fù)制了，會(huì)非常快。如果不是因?yàn)橐咔榈⒄`，第二條產(chǎn)線已經(jīng)起來了。”

應(yīng)用：從“天上”到“地面”

過去，碳纖維熱塑性復(fù)合材料主要應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域，如用于直升機(jī)的地板、機(jī)身結(jié)構(gòu)、固定機(jī)翼、尾翼、前襟翼以及垂尾根部的整流罩等部位。隨著許多高端領(lǐng)域?qū)Ω咝阅軓?fù)合材料的要求越來越高，熱塑性碳纖維復(fù)合材料開始逐步展現(xiàn)出自身的特殊優(yōu)勢(shì)，為越來越多的產(chǎn)業(yè)提供零部件服務(wù)。

蔡福泉介紹稱，隨著碳纖維熱塑性復(fù)合材料行業(yè)的發(fā)展，其應(yīng)用也逐步從“天上”落到“地面”，從高高在上的航空領(lǐng)域到家喻戶曉的汽車、電子等領(lǐng)域。

在我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，能源安全、節(jié)能減排已成為汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的 重要問題。國(guó)家出臺(tái)了一系列的政策法規(guī)，對(duì)汽車的能耗和排放指標(biāo)均進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，而汽車輕量化正是解決上述問題的重要手段。

碳纖維復(fù)合材料以其優(yōu)異的機(jī)械性能、抗疲勞性能以及遠(yuǎn)低于金屬的密度條件，成為了汽車輕量化的首選材料。但是，目前90%以上的汽車用碳纖維復(fù)合材料均采用熱固性樹脂體系，這類材料存在回收困難、固化周期長(zhǎng)等問題。

由于具有易加工成型、邊角廢料可回收利用、不污染環(huán)境、成型周期短、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，碳纖維熱塑性復(fù)合材料就成為解決這一問題的有效手段。

“碳纖維熱塑性復(fù)合材料易注塑成型，生產(chǎn)效率高，而且制品可重復(fù)加工，跟汽車產(chǎn)業(yè)可以配套。”蔡福泉表示。

據(jù)蔡福泉介紹，由于碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料有足夠的強(qiáng)度和剛度，是制造汽車車身和底盤等主要結(jié)構(gòu)件的較輕材料。“預(yù)計(jì)碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可使汽車車身和底盤減輕質(zhì)量40%-60%，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1/3-1/6。”

而最接地氣的領(lǐng)域當(dāng)屬運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域?！氨热缬迷诟邫n跑鞋上，主要保護(hù)運(yùn)動(dòng)員的腳腕，但目前成本還很高，一雙鞋好幾萬?！?/p>

目前，旭升新材涉及的應(yīng)用包括：汽車、無人機(jī)螺旋槳材料、筆記本電腦外殼等。

以碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料筆記本電腦外殼為例，這種筆記本電腦外殼以PMMA為基體，基體強(qiáng)度高，與碳纖維融合性好，整體性都能得到了提高。相對(duì)于傳統(tǒng)的碳纖維熱固性復(fù)合材料，這種筆記本電腦外殼外殼厚度減薄10%，重量減少10%。同時(shí)，在延展性能上表現(xiàn)更好，更具韌性，不易損壞。

“另外，相對(duì)熱固性符合材料，熱塑性復(fù)合材料具有可回收的特點(diǎn)。比如，我們做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要先打個(gè)件，有時(shí)候打不成功，但是一點(diǎn)也不會(huì)浪費(fèi)，我們會(huì)把這個(gè)廢件粉碎，然后按照一定的比例重新放到生產(chǎn)線上回爐，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)沒有任何影響?！辈谈Ｈf。

成為最強(qiáng)大那個(gè)

讓旭升新材成為國(guó)內(nèi)熱塑性復(fù)合材料領(lǐng)域的最強(qiáng)最大企業(yè)并爭(zhēng)取兩年內(nèi)上市是蔡福泉的心愿。為此，他也做出了具體的規(guī)劃：“最近批下來的60畝的土地將是我們的新廠房，還要建一座新的研發(fā)大樓，名字我們起好了，就叫‘碳材料研發(fā)中心’。我們會(huì)聘請(qǐng)三個(gè)院士，將業(yè)務(wù)定位在民用的新能源汽車?！?/p>

“我去參加行業(yè)會(huì)議或展覽了解到現(xiàn)在在研究試驗(yàn)階段的碳纖維熱塑性復(fù)合材料國(guó)內(nèi)也有幾家了，但是真正規(guī)模化生產(chǎn)的只有我們一家。”蔡福泉表示，這也意味著與該領(lǐng)域發(fā)達(dá)的其他國(guó)家相比，國(guó)內(nèi)還存在差距。

而造成這種差距的主要原因是國(guó)內(nèi)進(jìn)入該領(lǐng)域較晚，應(yīng)用領(lǐng)域的拓展方面落后、人才缺乏、關(guān)鍵設(shè)備無法自主生產(chǎn)、沒有專業(yè)生產(chǎn)的助劑等?！拔覀冞€沒有數(shù)據(jù)庫，這就影響市場(chǎng)銷售，也影響人才隊(duì)伍。這一塊單靠汽車廠家、材料廠家是搞不起來的，必須由國(guó)家部門牽頭來搞。”

碳纖維熱塑性復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化，旭升新材已邁出了重要一步，這也是國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域中重要的一步。

“我們公司已經(jīng)取得高新技術(shù)企業(yè)，材料已經(jīng)應(yīng)用筆記本電腦外殼，無人機(jī)，新能源汽車上了。出口到意大利產(chǎn)品也符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求。由于受疫情影響出口受阻，正在開發(fā)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，訂單已經(jīng)接到年底了。”

去年年底，在合肥召開的亞洲新能源聯(lián)盟會(huì)議上，旭升新材的項(xiàng)目獲得了科技創(chuàng)新獎(jiǎng)?！艾F(xiàn)場(chǎng)的專家和汽車廠家的老總們都很看好我們這個(gè)項(xiàng)目?！?br />
也是在同一場(chǎng)會(huì)議上，與會(huì)專家提出，建立該行業(yè)的國(guó)家數(shù)據(jù)庫?！斑@個(gè)數(shù)據(jù)庫意味著什么呢？有了數(shù)據(jù)庫，設(shè)計(jì)人員就敢用我們?cè)O(shè)計(jì)的汽車倒視鏡了，因?yàn)樵诶锩嬉徊椋瑢?duì)汽車影響等等，所有的參數(shù)都能一目了然，他們就心中有數(shù)了?！辈谈Ｈ嬖V《大國(guó)之材》。

蔡福泉透露，目前汽車廠家在該方面已有所行動(dòng)，而東華大學(xué)、北航也已建立相關(guān)實(shí)驗(yàn)室?！皯?yīng)該很快了，一旦有了數(shù)據(jù)路，這個(gè)應(yīng)用就很普遍了。”

【人物介紹】

蔡福泉，教授級(jí)高工，1982年畢業(yè)于四川大學(xué)高分子材料系，從事高分子材料研發(fā)應(yīng)用40多年。獲得國(guó)家專利78項(xiàng)。榮獲國(guó)家、省、市區(qū)科技進(jìn)步獎(jiǎng)7項(xiàng)，公開發(fā)表論文17篇。

【企業(yè)介紹】

安徽旭升新材料有限公司創(chuàng)建于2016年， 是一家專業(yè)從事碳材料研發(fā)與生產(chǎn)的科技型中小企業(yè)， 2019年榮獲高新技術(shù)企業(yè)稱號(hào)。公司現(xiàn)有聚合物、 碳纖維熱塑性復(fù)合材料、 PC光擴(kuò)散材料等系列產(chǎn)品， 可廣泛應(yīng)用于汽車、 電子、 電器、 通訊、 機(jī)械、 航空等領(lǐng)域。長(zhǎng)期與新能源汽車合作， 并與大專院校開展產(chǎn)學(xué)研合作， 對(duì)CF+PA6、 CF+PA66、 CF+PC、CF+PEEK進(jìn)行重點(diǎn)開發(fā)研究。