深度解读东丽全新推出的高强度碳纤维T1200材料

　　2023年10月30日，东丽公司通过官网发布了T1200的消息。一时间，点燃整个材料行业的情绪，各种评论漫天飞，“人工智能+原子级缺陷控制”技术，“大突破”，“遥遥领先”，“史上最强，中国还有多大差距？”……近期就看到一篇来自林刚对于该内容的解读，下面就来看看有哪些值得深思的地方。

　　(东丽官网原文)

　　NS1599 日本东丽推出新一代超高强度碳纤维TORAYCA®T1200，抗拉强度达到1160Ksi，密度1.82g/cm3。

　　01.T1200材料公告原文的重点文字。

　　1.1

　　新闻稿第二段“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”，翻译：各国的公司开始生产碳纤维，增加常规高强度产品的供应。对高强度碳纤维的需求已经上升，需要东丽做出回应。因此，该公司开始完善其专有的纳米级结构控制技术，以设计和实现具有高韧性的内部结构。

　　解读要点一

　　什么是东丽现在推出T1200的核心要素？

　　新闻稿提到两点，第一点是各国开始增加常规高强度产品的供应了，常规高强度是指T700以上的品种。的确，这两年，除了东丽传统的本土对手，韩国晓星，中国的中复、长盛、光威、恒神等多家企业均在大量销售高强度的产品，东丽是承认这个竞争威胁的。第二点，对高强度碳纤维的需求已经上升。这里面包含的内容也很多，比如气瓶这几年火爆的市场，但逻辑点在于：对高强度碳纤维需求的上升，就一定需要采用T1200?回顾东丽公司的历史：1984年研制T800;1986年研制T1000，2014研制T1100G， 这些长期的优秀的品种不够市场用?当然，也一定存在还未广为人知的小众市场，或已知市场的特定尖端用途，确实需要T1200，但不可能是今天大家熟知的大规模应用。

　　现如今东丽现在推出T1200的核心要素是应对市场的激烈竞争。在东丽的产品谱系中，很多代表东丽荣誉的型号，被竞争对手，尤其是新兴国家的中国一一攻克。他需要放出新产品，告诉世界：我依然是行业老大。当然我们也应清醒地看到，我们的攻克与东丽的成功研制还是有一定区别的：首先，东丽冷静，T1200很多可能就是东丽的“存货产品”之一。而我们中国人急性子，仅仅是实验或中试成果，就恨不得睡觉前就宣布。

　　解读要点二

　　其专有的纳米级结构控制技术是什么？

　　这些年，人工智能火爆，“人工智能+化工”也确实是未来的发展方向，东丽也确实建立起相关的“前沿融合研究所”。在新闻稿上，东丽也确实提到了“纳米级结构控制”。但就此就想象发挥到“人工智能+原子级缺陷控制”，这也显然是不吻合事实的。当今的人工智能技术，其核心是广阔学习+算法+超算，我们也清楚一个计算机的基本原则：“输入是垃圾，输出就是垃圾(Garbage In，Garbage Out)”。各家对碳纤维制备的很多技术是严加保密的，依靠公开的知识(无论是教科书、论文还是网络)，就能把碳纤维干好?另外，对于严加保密的技术，也分显性知识与隐性知识(无可言传的经验、感觉与想象力)，除非实现人机接口，把世界技术大拿脑子中的隐性知识都提取出来，当然，这些大拿会反对的，因为这会挖到人性的龌龊一面。在局部技术段，比如聚合配方的优化计算与择优，工艺的优化方案的择优等等，人工智能经过“养成”后，是可能发挥作用的。

　　纳米级结构控制，不是东丽这两年的新东西，是东丽一直在坚持的工作方法。下面的图出现的时间是2008年，而东丽发布这张图的时间更加久远。这是行内人士再熟悉不过、也非常赞同的，这是东丽在碳纤维工程理论上的卓越贡献。

 

　　Source: Toray’s Strategy for Carbon Fiber Composite Materials 2008

　　大家都理解了这个纳米尺度(或称之为原子尺度)的工作细度，但在实践中，并没有多少厂家如同东丽一样，借助世界最先进的分析检测仪器，去探究碳纤维的纳米(甚至埃米)的缺陷并做出相应的工艺优化。最早，我们通过“眼看、鼻闻、火烧”的老师傅经验法，后来进步到通过纤维的物理表征数据做工艺优化，还未进步到借助先进仪器来优化工艺的地步。

　　解读要点三

　　“high toughness”高韧性的意义，结合东丽新闻稿的数据对比

 

　　首先，拉伸强度比T1100提高1Gpa, 而拉伸模量对比T1100不升反降, 这就形成了较高的断裂伸长率2.5%。航空复合材料最关心的指标是CAI (冲击后抗压缩强度)及耐温性。从CAI的角度，纤维性能、浆料、树脂各自承担了怎样的作用，这里面涉及很多深奥的复材力学知识，我也不懂，只能提问：传统的做法是对树脂增韧，纤维本身增韧是否有助于提高CAI指标?另外，从直观感觉：碳纤维单丝直径降低是不利于CAI的提高的，从上面的数据，T1200对比T1100及T800直径越来越细。实践证明，细旦化是提升纤维力学拉伸与模量性能的捷径，因此而带来的CAI或者非冲击压缩性能的降低，是否值得?或者，T1200对复合材料的增韧效果是否会真正体现出来?

　　1.2

　　新闻稿第三段结尾“The company developed T1200 at a new facility within the Ehime Plant”公司在爱媛工厂的一套新装置上开发的T1200。这套装置到底新在哪儿?革新或是革命性创新?

　　解读要点四

　　T1200是否T1100的自然延续？

　　中科院宁波所钱鑫博士曾经在其公众号发表了《全面了解全球顶级碳纤维制造商日本东丽人才梯队发展》文章，这是个非常好的视角，通过分析国家知识产权局2012年针对日本东丽公司的专利申请人进行的详细梳理，来研究东丽的人才梯队发展，同时，钱博士也做出了大胆的判断“从上述核心骨干发展看出，当专注于聚合技术的平松徹作为技术骨干时，东丽公司基本解决了PAN原丝稳定化技术，从而突破了T400和T700等技术;当以从事热处理研究的松久要治成为骨干后，东丽公司获得更高端产品T800、T1000和MJ系列等，而2014年日本东丽突破T1100也是依靠碳化阶段精细化控制实现的。”通过钱鑫博士这个判断，我大胆猜测：东丽这个新装置，应该是在T1100碳化线上多次革新之后而新建的碳化线，T1200的获得应该是T1100的自然延续。欢迎熟悉东丽情况的同行批评指正。

　　1.3

　　新闻稿第四段“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”翻译：东丽从1971年开始销售碳纤维。已提供TORAYCA™用于压缩天然气和高压氢罐、汽车、飞机和体育器材等应用。1986年，该公司开发了TORAYCA™ T1000，是当时世界上强度最高的碳纤维，此后一直是这方面的全球领导者。近年来，东丽通过将TORAYCA™ T1100商业化，进一步扩大了碳纤维的潜力。

　　解读要点五

　　东丽在彰显他历史的悠久，且一直保持引领行业发展的步伐

　　东丽今天的领导地位是通过半个世纪的历史累积奠定的，宣布T1200的意义之一是告诉市场：在未来的历史中，无论怎么竞争，我还依然是龙头老大。我们想一想，曾经在碳纤维历史长河中的著名公司：杜邦、巴斯夫、BP、联合碳化物、罗罗发动机、英国皇家航空研究中心、英国原子能研究中心…… 真可谓“大江东去，浪淘尽，千古风流人物”，唯有东丽依然屹立于潮头!五十年的坚守，上千亿日元的科研投入，直到2014年获得波音大订单，才在财务上为集团作出贡献，这种伟大在全世界都稀有。

　　02

　　T1200是否会成为碳纤维行业发展的风向标？

　　我的回答是：风向标之一。

　　任何一种材料，追求更高性能是必然规律,碳纤维的理论性能：理论强度180Gpa (贺福老师教科书说法，东丽说法是130Gpa),拉伸模量1020Gpa。1960年美国UCC 帕尔马技术中心罗格贝肯教授就制备出强度拉伸20Gpa，模量700Gpa 的石墨晶须，同一中心在1975年制备的沥青基就到830Gpa 模量(目前最高965Gpa)。综合上述事实，T1200的8Gpa+315Gpa，是碳纤维进步阶梯中的过程，碳纤维依然有巨大的进步空间。

　　碳纤维已经形成产业并形成了商业。在五彩缤纷的商业世界中，如同汽车世界，既有价格上亿人民币的劳斯莱斯浮影(全球限量发售3台)，也有累计销量数千万辆的丰田卡罗拉，都有其存在的价值。而在碳纤维世界中，更广泛的情况是：性价比是王者。无论是提升性能，还是降低成本，均可取得成功。当然，现实世界中，通常是两者并行的。

　　我们也不得不注意一个“曲高和寡”的普遍现实，尤其是新材料的应用。如上所讲：东丽T800是1984年研制成功的。经过了30年，直到2014年，东丽才与波音签署了万亿日元(当年约合人民币526亿元)的大单。而1986年研制成功的T1000, 2014年研制成功的T1100G，至今还没有大订单的报道。这当然也是碳纤维的宿命及东丽伟大的一面。

现如今的碳纤维行业中，还有从事热塑性树脂基体的研究方向，这里面需要解决纤维表面处理技术、热塑性树脂流动浸渍的技术，确保树脂能够把纤维粘牢，从而实现更好的性能优势，从碳纤维到预浸料再到产品，要有很长的路要走，过程肯定艰难，但依然要前行是一样的道理，因为高性能是必然的选择。

　　03

　　总结

　　根据上面的解读、猜测与思考，我们认为：

　　东丽公司作为伟大的业界龙头，他本次宣布的T1200是对行业有重大影响的：碳纤维依然有巨大的技术发展空间，技术驱动产业发展的魂不能丢;

　　追求高性能是碳纤维的本能与必要，需要企业与全社会持续下功夫;

　　碳纤维的发展不是一味追求性能的，必须根据企业的特点及可为的应用领域 (比如军品或商用飞机的碳纤维就并非家家可为)，在性价比之间选择当期发展之重点;

　　碳纤维的发展也不是一味追求“拉伸性能”的，要熟悉复合材料，要根据具体应用，定义核心参数，针对具体应用发展碳纤维特色品种。每家企业要意识到：产品同质化价格血拼，市场就没有赢家。

　　“青山依旧在，几度夕阳红”，行业依然在成长与发展中;无论当前的困难如何，我们应“惯看秋月春风”，勇往直前!

　　作者：林刚