上海石化與復旦大學協同創新開發高性能碳纖維
“要1300年！假設每個工藝過程中只調節兩個參數，每個參數實驗3個點，每天做10個實驗，就要試上1300年才能完成?！?BR> “忙了40多年！國內企業研發從上世紀60年代后期就開始起步，但進展緩慢，雖有零星生產，可成本高、質量不穩定，無法跨越產業化的門檻。”
這里說的就是碳纖維，也被稱為“黑黃金”。
它是未來材料領域“皇冠上的明珠”，卻一直是國內企業和研究單位解不開的心結，耗時多年，徘徊不前，焦慮與無奈并存，市場一直被國外企業壟斷。
可誰都不曾料到，從2008年開始，在復旦大學以楊玉良院士為的高分子科研小組的支持下，石化上海石油化工股份有限公司短短四年，就完成了碳纖維全新的工藝研發，次打通了從原絲到碳絲生產的全流程。如今，一條年產3000噸原絲、1500噸碳纖維的生產裝置正在緊張建設。
“高校強大的基礎理論研究與企業的工程化技術開發無縫對接，讓我們不用‘摸黑前行’，不用無謂地模仿與試錯，‘在知其所以然’的前提下少走了許多彎路，跨越了鴻溝?！鄙虾Ｊ笨偨浝韽埥ㄆ奖硎荆矫髂昴甑坠こ倘客懂a后，就可打破國外產品的壟斷地位。
“21世紀是碳纖維世紀”
在上海石化腈綸部的展示室內，我們目睹了“黑黃金”的真面目。看似普通的一卷卷的黑絲，卻不同凡響。它的密度和質量僅為鋼的1/3，可抗拉伸強度是鋼的4至9倍。
新的波音787飛機，高性能碳纖維占其體重的20%，可省油30%以上；用碳纖維替代玻璃鋼的海上風力發電設備，葉片直徑可達100米，發電效率大幅提升，還能經受海水腐蝕；一輛用碳纖維制造的山地自行車，小朋友都可以把它提起來，可更堅實、牢固……
“有人說，19世紀是鋼的世紀，20世紀是塑料的世紀，21世紀是碳纖維的世紀?！鄙虾Ｊ婢]部總工程師黃翔宇告訴記者，如今，碳纖維開始在各個新型領域得到實驗和應用，其中58%用于一般工業，23%用于休閑體育，還有19%則用于航空航天以及軍事裝備領域。然而，多年來，僅有日本、美國等少數發達擁有并掌握碳纖維生產技術，日本的東麗、東邦、三菱人造絲等三大公司，產量占的七成。他們從來不在海外設立原絲廠，牢牢掌控碳纖維關鍵技術，“不漏半點風聲”。
過去，國內自主研發“舉步維艱”。為啥？因為它的研發步驟繁多，程序極其復雜，其間伴隨的化學變化包括脫氫、環化、預氧化、氧化及脫氧等等，任何一個環節的細微變化，就可能讓整個研發陷入 “死胡同”。40多年來，不少國內企業前赴后繼，一次次試驗，可沒有人真正走出迷宮，實現產業化。業內直呼，“碳纖維這水有點渾、有點深！”
那么，上海石化攜手復旦大學，又是憑借什么“獨門絕技”，短短4年找到打開碳纖維大門“鑰匙”的呢？
架起理論和工藝的橋梁
“基礎不牢，地動山搖”。楊玉良一語破題：碳纖維的生產路線很長，主要分為聚合、紡絲、牽伸、預氧化、環化和碳化等工藝流程。如果按照傳統“炒菜式嘗咸淡”的試錯模式，再過上千年也找不到碳纖維的“真諦”！
成為“黑馬”，關鍵在于采取了不同以往的思路：利用基礎理論研究，從“根上”解決了碳纖維研制的原理。楊玉良說，碳纖維的研究基礎的仍是高分子科學，這是復旦大學絕對的強項，碳纖維無論如何變，“萬變不離其宗”。
而對上海石化來說，“牽手”復旦大學，初有點“小意外”。黃翔宇說，在以往與高校的產學研合作中，企業更愿意與離產業化更近的工科院校合作，與復旦這樣以基礎理論研究見長的高校少有 “交集”。起初，在市經信委等部門的牽線和支持下，雙方走到一起?？擅鎸偷┐髮W教授們的復雜理論模型，上海石化的工程師們有些“丈二和尚摸不著頭腦”?！耙贿B串一連串的公式，看得頭都大了。”上海石化腈綸部副總工顧文蘭雖然是科班出身，也從沒見過這么復雜的套路：這“花架子”有用嗎？復雜數字運算和理論模型，能與一根根精品碳化細絲聯系起來嗎？
次打消疑慮，讓雙方互信，始于紡絲流程中的“噴絲難題”。
顧文蘭說，在中試時的紡絲階段，次噴絲時，1.2萬個細小噴頭中竟有30%左右沒有出絲，即3600個噴絲孔“放空”，這離12K束的標準還差很遠。上海石化從以往生產腈綸工藝經驗認為，是噴絲頭的粗細等機械結構出了問題。于是，不斷換噴頭，從A系列一直換到K系列，依然如舊?！爱敃r都有點傻了，每天守著噴絲頭，希望奇跡能夠發生?！蹦嵌螘r間，顧文蘭茶不思，飯不想。
而此時，在復旦大學的實驗室里，復旦課題組成員則通過物理高分子理論、數學計算、計算機模擬等找到問題的根本：原因不在噴絲頭上，而在內部溫度控制上。教授們將幾十頁的數字、公式化成簡單的文字，遞給上海石化，大家一下子茅塞頓開。根據復旦提供的參數重新設計設備，上海石化僅僅一個月就將設備零件超要求設計出來，如今出絲率穩定在96%以上。
“有了方向，路再遠也不怕”，顧文蘭說，以前總是沒方向，按照經驗不斷試，現在才體會到 “理論的力量”。
于是，信任的力量化成一座橋梁，讓一個個“金點子”，在復旦基礎理論研究與石化工程工藝設計之間“不斷跳躍”：
在紡絲凝固階段，由于原絲內孔洞過多，導致強度變低。復旦課題組從“膜科學”要求孔洞多而均勻的原理，反其道而行之，化解了原絲致密性問題。
在原絲碳化階段，理論數據直接用在工藝設備上，出現斷絲率偏高現象，而上海石化通過以往經驗調試，修正了理論與現實存在的偏差。
“1+1>2”關鍵在“無縫對接”
高手“牽手”，并非都是“1+1>2”。近年來，上海石化也與一些高校進行了大量產學研合作，有的也“虎頭蛇尾”，留下諸多遺憾。
黃翔宇說，“對與高校的合作，我們沒抱太大希望，包括這次與復旦到底能不能做成，起初心里也沒底。”在他印象里，高校的教授幾乎都是忙著寫論文、評職稱，基本沒時間與企業親密接觸，掛個產學研的“帽子”弄點經費，后都是草草結題，談不上產業化。
可這一次，楊玉良院士帶隊的課題組，讓他徹底改變了看法。
雖然一個地處上海西南角，一個地處東北角，“溝通之路”卻異常近。每過幾天，上海石化的課題組都要帶著“一大串問號”，奔向東北角。而復旦的教授們，每個月也要定期“東南飛”，在廠房內現場解決問題。
在采訪中，“讀懂對方”是雙方課題組多次提到的詞匯，背后蘊含的就是“無縫對接”。
作為復旦大學的校長，楊玉良院士總是親力親為，始終把住工藝與理論的大方向?！爸灰獥钚ｉL在學校吃中飯，只有一個地方能找到他，那就是碳纖維課題組?！睆埣t東教授說，“正是‘從頭到尾’都搞得懂、理得順的楊校長，才讓雙方的溝通變得簡單有效?！秉S翔宇說，每次聽完楊校長的講解后總能豁然開朗。有時，當時聽懂了，回去面對設備的時候又糊涂了，楊校長則會不厭其煩地再次認真講解。按照楊校長的講法，“萬變不離其宗”，這些往往都是同一理論在實踐中的不同表現方法而已。循環幾次，企業的科研人員真正掌握了理論的精髓，發現問題、解決問題的能力就大幅提高了。
值得注意的是，在復旦課題組的團隊中，各位教授各有特長，從化學合成到理論計算、從計算機模擬到加工工藝，形成一根長長的鏈條。比如，在初的聚合反應階段，由擅長高分子化學的何軍坡教授把關；在紡絲階段，由在高分子物理和計算機模擬領域頗有造詣的張紅東坐鎮。這樣一來，面對碳纖維復雜冗長的流程，各個教授分頭把守，又充分合作。每位教授不論身在何處，對上海石化的問題有求必應，有問必答。而且由于之前協議明確了利益分配，雙方都不會互相“留一手”，建立了一種不加提防、全盤托出的信任。
黃翔宇說，慢慢地，我們從工藝的角度讀懂科學理論和數字模擬，發現它們也是形成生產力的利器。
楊玉良院士話語中肯：“讓企業認識到理論的價值，讓高校認識到企業的擅長，這樣的團隊才能形成合力?！?BR> 于是，在雙方團隊協力下，研發和生產調試快速挺進：2008年11月，建成中試裝置；2009年3月，成功研制出12K原絲；2011年12月，千噸級裝置階段部分試運行……
擴大協同創新的“溢出效應”
合作四年下來，雙方的感觸不少，大家也思考，這樣的“無縫對接”模式可以復制到其他領域嗎？
楊玉良認為，有的產學研項目不成功，是因為“分段承包”、“科研拼盤”，這樣做帶來的大問題是相互扯皮、自以為是，明明是紡絲有問題，可能會將責任推到聚合環節；明明是牽伸環節出了問題，可能會說是噴絲有問題。在這次合作中，生產流程的每個環節復旦課題組都配備了精兵強將，做好分工，而上海石化也具備完整的產業鏈工藝流程，合作就更有成效。
當然，在涉及面廣、研發鏈條長的大項目中，通曉支撐整個流程體系科學問題的席科學家和熟悉項目管理的“總指揮”人選很重要。比如，在這個項目中，楊玉良院士實際上擔當了席科學家的角色，深厚的學術功底使他能夠高屋建瓴地從基礎研究及關鍵問題來指導項目，不至于使整個項目迷失方向；而“總指揮”在石化和復旦這邊各有一位，除了專業能力，他們還要算得上半個管理專家，能夠將兩邊的人財物等資源有效地分配與統籌，而這也是實現“無縫對接”的關鍵。
上海石化張建平則表示，通過這個項目的協同創新，為企業培育了一批自己的研發和生產技術骨干隊伍，這一點企業看重。
如今，上海石化課題組的黃翔宇和顧文蘭，都已成為楊校長的學生?！八麄兊娜腴T是復旦的創，至于怎樣畢業甚至當時都沒想好?！睏钣窳颊f，但這個模式一定要有所突破，因為協同創新的后落腳點是人才培養，不但要培養高校的一流研發人員，更要培養一批懂理論的企業一線人員，讓他們“知其然更知其所以然”，等到合作項目完成后，為企業留下一筆無形財富。
當然，一些機制上的限制和束縛也需要突破。比如，在這個合作中，復旦大學很多參與的教授、博士，由于項目的保密要求，不能發表相應的論文，這可能影響職稱評定。課題組有一位成員就因為缺少一篇論文沒能評上正教授，有些可惜。為此，復旦近期也在商討，專門針對類似的重點協同創新項目，制定相應的制度性保障措施，把職稱名額直接下派到課題組，從而保證產學研合作成果顯著的參與人員，即使不發論文，也能評上教授。
這里說的就是碳纖維，也被稱為“黑黃金”。
它是未來材料領域“皇冠上的明珠”，卻一直是國內企業和研究單位解不開的心結，耗時多年，徘徊不前，焦慮與無奈并存，市場一直被國外企業壟斷。
可誰都不曾料到，從2008年開始，在復旦大學以楊玉良院士為的高分子科研小組的支持下，石化上海石油化工股份有限公司短短四年，就完成了碳纖維全新的工藝研發，次打通了從原絲到碳絲生產的全流程。如今，一條年產3000噸原絲、1500噸碳纖維的生產裝置正在緊張建設。
“高校強大的基礎理論研究與企業的工程化技術開發無縫對接，讓我們不用‘摸黑前行’，不用無謂地模仿與試錯，‘在知其所以然’的前提下少走了許多彎路，跨越了鴻溝?！鄙虾Ｊ笨偨浝韽埥ㄆ奖硎荆矫髂昴甑坠こ倘客懂a后，就可打破國外產品的壟斷地位。
“21世紀是碳纖維世紀”
在上海石化腈綸部的展示室內，我們目睹了“黑黃金”的真面目。看似普通的一卷卷的黑絲，卻不同凡響。它的密度和質量僅為鋼的1/3，可抗拉伸強度是鋼的4至9倍。
新的波音787飛機，高性能碳纖維占其體重的20%，可省油30%以上；用碳纖維替代玻璃鋼的海上風力發電設備，葉片直徑可達100米，發電效率大幅提升，還能經受海水腐蝕；一輛用碳纖維制造的山地自行車，小朋友都可以把它提起來，可更堅實、牢固……
“有人說，19世紀是鋼的世紀，20世紀是塑料的世紀，21世紀是碳纖維的世紀?！鄙虾Ｊ婢]部總工程師黃翔宇告訴記者，如今，碳纖維開始在各個新型領域得到實驗和應用，其中58%用于一般工業，23%用于休閑體育，還有19%則用于航空航天以及軍事裝備領域。然而，多年來，僅有日本、美國等少數發達擁有并掌握碳纖維生產技術，日本的東麗、東邦、三菱人造絲等三大公司，產量占的七成。他們從來不在海外設立原絲廠，牢牢掌控碳纖維關鍵技術，“不漏半點風聲”。
過去，國內自主研發“舉步維艱”。為啥？因為它的研發步驟繁多，程序極其復雜，其間伴隨的化學變化包括脫氫、環化、預氧化、氧化及脫氧等等，任何一個環節的細微變化，就可能讓整個研發陷入 “死胡同”。40多年來，不少國內企業前赴后繼，一次次試驗，可沒有人真正走出迷宮，實現產業化。業內直呼，“碳纖維這水有點渾、有點深！”
那么，上海石化攜手復旦大學，又是憑借什么“獨門絕技”，短短4年找到打開碳纖維大門“鑰匙”的呢？
架起理論和工藝的橋梁
“基礎不牢，地動山搖”。楊玉良一語破題：碳纖維的生產路線很長，主要分為聚合、紡絲、牽伸、預氧化、環化和碳化等工藝流程。如果按照傳統“炒菜式嘗咸淡”的試錯模式，再過上千年也找不到碳纖維的“真諦”！
成為“黑馬”，關鍵在于采取了不同以往的思路：利用基礎理論研究，從“根上”解決了碳纖維研制的原理。楊玉良說，碳纖維的研究基礎的仍是高分子科學，這是復旦大學絕對的強項，碳纖維無論如何變，“萬變不離其宗”。
而對上海石化來說，“牽手”復旦大學，初有點“小意外”。黃翔宇說，在以往與高校的產學研合作中，企業更愿意與離產業化更近的工科院校合作，與復旦這樣以基礎理論研究見長的高校少有 “交集”。起初，在市經信委等部門的牽線和支持下，雙方走到一起?？擅鎸偷┐髮W教授們的復雜理論模型，上海石化的工程師們有些“丈二和尚摸不著頭腦”?！耙贿B串一連串的公式，看得頭都大了。”上海石化腈綸部副總工顧文蘭雖然是科班出身，也從沒見過這么復雜的套路：這“花架子”有用嗎？復雜數字運算和理論模型，能與一根根精品碳化細絲聯系起來嗎？
次打消疑慮，讓雙方互信，始于紡絲流程中的“噴絲難題”。
顧文蘭說，在中試時的紡絲階段，次噴絲時，1.2萬個細小噴頭中竟有30%左右沒有出絲，即3600個噴絲孔“放空”，這離12K束的標準還差很遠。上海石化從以往生產腈綸工藝經驗認為，是噴絲頭的粗細等機械結構出了問題。于是，不斷換噴頭，從A系列一直換到K系列，依然如舊?！爱敃r都有點傻了，每天守著噴絲頭，希望奇跡能夠發生?！蹦嵌螘r間，顧文蘭茶不思，飯不想。
而此時，在復旦大學的實驗室里，復旦課題組成員則通過物理高分子理論、數學計算、計算機模擬等找到問題的根本：原因不在噴絲頭上，而在內部溫度控制上。教授們將幾十頁的數字、公式化成簡單的文字，遞給上海石化，大家一下子茅塞頓開。根據復旦提供的參數重新設計設備，上海石化僅僅一個月就將設備零件超要求設計出來，如今出絲率穩定在96%以上。
“有了方向，路再遠也不怕”，顧文蘭說，以前總是沒方向，按照經驗不斷試，現在才體會到 “理論的力量”。
于是，信任的力量化成一座橋梁，讓一個個“金點子”，在復旦基礎理論研究與石化工程工藝設計之間“不斷跳躍”：
在紡絲凝固階段，由于原絲內孔洞過多，導致強度變低。復旦課題組從“膜科學”要求孔洞多而均勻的原理，反其道而行之，化解了原絲致密性問題。
在原絲碳化階段，理論數據直接用在工藝設備上，出現斷絲率偏高現象，而上海石化通過以往經驗調試，修正了理論與現實存在的偏差。
“1+1>2”關鍵在“無縫對接”
高手“牽手”，并非都是“1+1>2”。近年來，上海石化也與一些高校進行了大量產學研合作，有的也“虎頭蛇尾”，留下諸多遺憾。
黃翔宇說，“對與高校的合作，我們沒抱太大希望，包括這次與復旦到底能不能做成，起初心里也沒底。”在他印象里，高校的教授幾乎都是忙著寫論文、評職稱，基本沒時間與企業親密接觸，掛個產學研的“帽子”弄點經費，后都是草草結題，談不上產業化。
可這一次，楊玉良院士帶隊的課題組，讓他徹底改變了看法。
雖然一個地處上海西南角，一個地處東北角，“溝通之路”卻異常近。每過幾天，上海石化的課題組都要帶著“一大串問號”，奔向東北角。而復旦的教授們，每個月也要定期“東南飛”，在廠房內現場解決問題。
在采訪中，“讀懂對方”是雙方課題組多次提到的詞匯，背后蘊含的就是“無縫對接”。
作為復旦大學的校長，楊玉良院士總是親力親為，始終把住工藝與理論的大方向?！爸灰獥钚ｉL在學校吃中飯，只有一個地方能找到他，那就是碳纖維課題組?！睆埣t東教授說，“正是‘從頭到尾’都搞得懂、理得順的楊校長，才讓雙方的溝通變得簡單有效?！秉S翔宇說，每次聽完楊校長的講解后總能豁然開朗。有時，當時聽懂了，回去面對設備的時候又糊涂了，楊校長則會不厭其煩地再次認真講解。按照楊校長的講法，“萬變不離其宗”，這些往往都是同一理論在實踐中的不同表現方法而已。循環幾次，企業的科研人員真正掌握了理論的精髓，發現問題、解決問題的能力就大幅提高了。
值得注意的是，在復旦課題組的團隊中，各位教授各有特長，從化學合成到理論計算、從計算機模擬到加工工藝，形成一根長長的鏈條。比如，在初的聚合反應階段，由擅長高分子化學的何軍坡教授把關；在紡絲階段，由在高分子物理和計算機模擬領域頗有造詣的張紅東坐鎮。這樣一來，面對碳纖維復雜冗長的流程，各個教授分頭把守，又充分合作。每位教授不論身在何處，對上海石化的問題有求必應，有問必答。而且由于之前協議明確了利益分配，雙方都不會互相“留一手”，建立了一種不加提防、全盤托出的信任。
黃翔宇說，慢慢地，我們從工藝的角度讀懂科學理論和數字模擬，發現它們也是形成生產力的利器。
楊玉良院士話語中肯：“讓企業認識到理論的價值，讓高校認識到企業的擅長，這樣的團隊才能形成合力?！?BR> 于是，在雙方團隊協力下，研發和生產調試快速挺進：2008年11月，建成中試裝置；2009年3月，成功研制出12K原絲；2011年12月，千噸級裝置階段部分試運行……
擴大協同創新的“溢出效應”
合作四年下來，雙方的感觸不少，大家也思考，這樣的“無縫對接”模式可以復制到其他領域嗎？
楊玉良認為，有的產學研項目不成功，是因為“分段承包”、“科研拼盤”，這樣做帶來的大問題是相互扯皮、自以為是，明明是紡絲有問題，可能會將責任推到聚合環節；明明是牽伸環節出了問題，可能會說是噴絲有問題。在這次合作中，生產流程的每個環節復旦課題組都配備了精兵強將，做好分工，而上海石化也具備完整的產業鏈工藝流程，合作就更有成效。
當然，在涉及面廣、研發鏈條長的大項目中，通曉支撐整個流程體系科學問題的席科學家和熟悉項目管理的“總指揮”人選很重要。比如，在這個項目中，楊玉良院士實際上擔當了席科學家的角色，深厚的學術功底使他能夠高屋建瓴地從基礎研究及關鍵問題來指導項目，不至于使整個項目迷失方向；而“總指揮”在石化和復旦這邊各有一位，除了專業能力，他們還要算得上半個管理專家，能夠將兩邊的人財物等資源有效地分配與統籌，而這也是實現“無縫對接”的關鍵。
上海石化張建平則表示，通過這個項目的協同創新，為企業培育了一批自己的研發和生產技術骨干隊伍，這一點企業看重。
如今，上海石化課題組的黃翔宇和顧文蘭，都已成為楊校長的學生?！八麄兊娜腴T是復旦的創，至于怎樣畢業甚至當時都沒想好?！睏钣窳颊f，但這個模式一定要有所突破，因為協同創新的后落腳點是人才培養，不但要培養高校的一流研發人員，更要培養一批懂理論的企業一線人員，讓他們“知其然更知其所以然”，等到合作項目完成后，為企業留下一筆無形財富。
當然，一些機制上的限制和束縛也需要突破。比如，在這個合作中，復旦大學很多參與的教授、博士，由于項目的保密要求，不能發表相應的論文，這可能影響職稱評定。課題組有一位成員就因為缺少一篇論文沒能評上正教授，有些可惜。為此，復旦近期也在商討，專門針對類似的重點協同創新項目，制定相應的制度性保障措施，把職稱名額直接下派到課題組，從而保證產學研合作成果顯著的參與人員，即使不發論文，也能評上教授。
