他是新中國第一批外派的赴美訪問學(xué)者；

他是哈工大航天學(xué)院首任院長；

他在80年代初明確提出力學(xué)與材料結(jié)合，將細(xì)觀力學(xué)應(yīng)用到復(fù)合材料的分析和應(yīng)用中；

他率先開展了結(jié)構(gòu)功能一體化和多功能智能化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研究；

他是首位獲得國際復(fù)合材料委員會WORLD FELLOW榮譽(yù)稱號的中國科學(xué)家。

他就是飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)和復(fù)合材料專家——中國工程院院士杜善義

精彩5分鐘：杜善義院士暢談碳纖維應(yīng)用發(fā)展

在外行人看來，將結(jié)構(gòu)力學(xué)與復(fù)合材料放到一起相提并論，多少讓人有點意外。但只要跟杜善義院士有過交流，這個疑惑很快就能得到解答。

走進(jìn)杜善義院士的辦公室，一個擺滿“C919”“蛟龍一號”“天宮一號”等航空航天、國防裝備各領(lǐng)域微縮模型機(jī)的展示柜分外惹人注目?？闯鑫覀兊暮闷妫派屏x從容地打開展示柜的玻璃窗，順手拿起“C919”模型樂呵呵地說道，“這些都是我參與或咨詢過的從結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計到復(fù)合材料應(yīng)用的工程，我最喜歡在辦公間歇時好好觀摩研究下這些小玩意。”

作為中國復(fù)合材料學(xué)術(shù)帶頭人之一，杜善義在推廣復(fù)合材料的應(yīng)用發(fā)展中做出了富有成效的工作。即使已過古稀之年，但他仍然時刻關(guān)注著我國先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用，只要談及碳纖維及其復(fù)合材料，杜善義的精神便愈加矍鑠。

01

從專攻力學(xué)到“觸電”碳纖維復(fù)合材料

古人言“聞道有先后，術(shù)業(yè)有專攻”。航空航天裝備、國防裝備在制造過程中需要同時應(yīng)用到力學(xué)及先進(jìn)復(fù)合材料是不言而喻的，但一個力學(xué)專家為何會跨界鉆研先進(jìn)復(fù)合材料？解答這個疑惑，得從杜善義的赴美求學(xué)之路說起。

據(jù)杜善義介紹，從小就好奇“不倒翁”的他原本一直癡迷于力學(xué)，在1980年赴美求學(xué)之前，他確實一直專注于航空航天飛行器設(shè)計的結(jié)構(gòu)力學(xué)研究，但正是這次赴美求學(xué)之路開啟了他人生的另一半精彩。

“我當(dāng)時的‘老板’也是一個力學(xué)家，是國際斷裂力學(xué)權(quán)威，有一天我在實驗室看見一些黑不溜秋的東西，那時候國內(nèi)還不太清楚這個東西，我就問‘做這個實驗是干什么的？’”其實，這個不起眼的“黑色板”正是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，而導(dǎo)師接下來的一番話更是讓杜善義銘記了一輩子?！皩?dǎo)師當(dāng)時給我說的原話，‘這玩意和鋁合金性能差不多，但是比它輕多了，將來對航空航天非常有用。’”

反應(yīng)機(jī)敏的杜善義當(dāng)即意識到研究它的重大意義，隨即問他的合作導(dǎo)師，“你是搞力學(xué)的，為什么研究復(fù)合材料？”導(dǎo)師表示，復(fù)合材料是一種新材料，是非均勻的各向異性材料，必須把它的力學(xué)問題搞清楚才能達(dá)到會用和用好，特別是在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，力學(xué)分析是基礎(chǔ)，必須要學(xué)扎實！這給了杜善義極大的啟發(fā)，“這門課我是學(xué)得最認(rèn)真的，現(xiàn)在還保存了厚厚的聽課筆記，我一面在那邊學(xué)一面就開始做研究，比如說它里面的沖擊和疲勞問題等等?！?

“觸電”碳纖維復(fù)合材料后，杜善義在美國喬治華盛頓大學(xué)認(rèn)真研習(xí)了2年，埋頭探索“黑色黃金”的更多秘密。1982年年末，杜善義學(xué)成歸來，明確提出將力學(xué)與材料結(jié)合，用力學(xué)新理論新方法解決以碳纖維為代表的復(fù)合材料的應(yīng)用問題，并長期致力于斷裂力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)和復(fù)合材料的教學(xué)和研究工作。最終實現(xiàn)了將細(xì)觀力學(xué)應(yīng)用到復(fù)合材料的分析和應(yīng)用中，并率先開展了結(jié)構(gòu)功能一體化和智能化復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)的研究。

裝備結(jié)構(gòu)輕量化是永恒的主題，碳纖維等增強(qiáng)的復(fù)合材料是實現(xiàn)輕量化和提高結(jié)構(gòu)效率的重要途徑之一，而輕量化又直接關(guān)系到節(jié)能和減排問題。杜善義也經(jīng)常遇到為碳纖維復(fù)合材料“打辯論賽”的場景。

此前杜善義在外進(jìn)行演講時，現(xiàn)場就有嘉賓提出質(zhì)疑“你們之前說在高鐵上應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料，讓高鐵輕量化，跑得更快更穩(wěn)沒問題，那小汽車輕量化后豈不是輕飄飄的，一撞就飛了？大高個摔跟頭和小個頭完全不一樣的”。

杜善義當(dāng)即回道，“你這說對了一半，但是輕和重也是有區(qū)別的，如果用重的撞輕的，肯定輕的吃虧，但是如果所有小汽車的上方車體采用復(fù)合材料，下方底盤仍然采用金屬鋁合金，這樣整個汽車重心下移了很多，撞車也不容易翻，這是簡單的力學(xué)設(shè)計問題。”

講完“辯論賽”大烏龍，杜善義不忘叮囑一番：“你們年輕人要運(yùn)用碳纖維，得先打好材料和力學(xué)基礎(chǔ)，這樣在應(yīng)用過程中才會更科學(xué)、更合理?！?

02

軍民融合助跑碳纖維快速發(fā)展

“碳纖維及復(fù)合材料在上世紀(jì)出現(xiàn)之后，首先是國防和航空航天特別重視它，因為它可以明顯提高裝備的性能，同時又能減輕重量，提高裝備的有效載荷，在整個國防裝備方面來看，這幾乎是最重要的材料?！倍派屏x作為國內(nèi)最早一批研發(fā)碳纖維復(fù)合材料的老專家，對它的應(yīng)用發(fā)展史如數(shù)家珍。

時光流轉(zhuǎn)，如今碳纖維復(fù)合材料在民用層面同樣大放異彩，大到“C919”大飛機(jī)，小到釣魚竿、網(wǎng)球拍，碳纖維以另一種輕盈之姿進(jìn)入到我們的生活之中。杜善義對《大國之材》表示，如今的飛機(jī)甚至已經(jīng)將以碳纖維為代表的先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用量視為一架飛機(jī)的科技水平，這也是航空飛機(jī)參與市場競爭的一個重要標(biāo)志。

“‘碳氏家族’新增的這個成員非常有意義，因為碳纖維復(fù)合材料它本身有很多的優(yōu)越性，在一定意義上它是顛覆性技術(shù)，是別的一些傳統(tǒng)材料不可替代的，碳纖維也是典型的軍民兩用的戰(zhàn)略性新興材料?！倍派屏x表示，‘碳氏家族’每一位成員都意義重大，富勒烯、石墨烯、碳納米管、碳纖維、石墨塊等都曾引爆一時，但目前只有碳纖維的發(fā)展和應(yīng)用是最活躍的。

在他看來，碳纖維能夠從“碳氏家族”脫穎而出，除了其本身不可替代的優(yōu)越性能外，軍民兩用的融合發(fā)展更是起到了舉足輕重的推動作用。

他進(jìn)一步解釋到：“我們認(rèn)為它最初是一個‘貴族材料’，主要應(yīng)用在國防、航空航天領(lǐng)域，但在當(dāng)時供不應(yīng)求、國家高度重視的情況下，一批民企的企業(yè)家非常有擔(dān)當(dāng)、有責(zé)任地主動參與到碳纖維的技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用推廣中來，他們覺得這是一種使命感，積極滿足國家發(fā)展需求，因此中國碳纖維的發(fā)展，我認(rèn)為民企起到非常重要的作用?！?

據(jù)報道顯示，杜善義曾多次公開表達(dá)了對碳纖維行業(yè)民營企業(yè)家的關(guān)注及感謝，“我國的碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)之所以能夠取得明顯突破，以陳光威為代表的民營企業(yè)家們功不可沒，我很尊重他，我們應(yīng)該永遠(yuǎn)記住他?！?

杜善義表示，碳纖維及其復(fù)合材料首先是參軍應(yīng)用，滿足國防、航空航天的需要，經(jīng)過國防應(yīng)用層面的反復(fù)試驗、嘗試之后，積累了碳纖維的應(yīng)用經(jīng)驗，再輻射到能源、船舶、海洋、交通等民用層面去應(yīng)用，反過來又帶動碳纖維企業(yè)的研發(fā)生產(chǎn)，這就形成了碳纖維的特色發(fā)展模式。因而，在杜善義看來，碳纖維是最典型的軍民融合的產(chǎn)物，值得其它行業(yè)借鑒。

03

揭秘碳纖維價格之謎

正是因為碳纖維有其特色發(fā)展模式，在國家積極鼓勵發(fā)展新材料行業(yè)之際，不少資本亦或正處轉(zhuǎn)型之際的企業(yè)家大多以碳纖維行業(yè)作為參考，對新材料這一新興行業(yè)持觀望之勢。因而，2018年開年以來多家國產(chǎn)碳纖維企業(yè)發(fā)布碳纖維漲價公告之后，幾近引起行業(yè)巨蕩之勢，國人對國產(chǎn)碳纖維等其它新材料行業(yè)發(fā)展之勢的猜測不絕于耳。

時隔半年之久，國產(chǎn)碳纖維的漲價事件早已塵埃落定。那么，國產(chǎn)碳纖維在2018春節(jié)后為何“開門紅”？難道國產(chǎn)碳纖維的質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先生產(chǎn)水平？還是如網(wǎng)友眾說紛紜的高成本一直沒有得到解決？杜善義從宏觀、微觀層給了《大國之材》詳細(xì)的解答。

（以下為杜善義院士分析原話，《大國之材》略作整理。）

《大國之材》：對于國產(chǎn)碳纖維漲價一事，您認(rèn)為高成本是根本原因嗎？

杜善義院士：對于任何一種新材料或任何一套裝備而言，成本問題始終是一個非常重要的問題。那么對碳纖維及其復(fù)合材料來說，這個問題可能更為重要。據(jù)我所知，從整個中國的碳纖維發(fā)展情況來看，說實在話，因為在碳纖維發(fā)展之初，很多的先進(jìn)裝備都是引進(jìn)的，比如說它的聚合爐、氧化爐、碳化爐等這些都是引進(jìn)的，因此生產(chǎn)碳纖維的成本相對要比國外高一點。這是國產(chǎn)碳纖維“貴”的第一個原因。

第二，我國碳纖維的應(yīng)用面還比較窄，量不是太大。據(jù)統(tǒng)計，2016年國內(nèi)市場消耗的碳纖維及其復(fù)合材料約為2萬噸，這是軍用、民用所有行業(yè)的應(yīng)用量加起來的總和，算是比較少，那么相對來講它的成本也高。

第三，就是碳纖維目前存在的供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的問題。我國碳纖維產(chǎn)能相對來講比較高，但是產(chǎn)量相對不飽和，包括還存在質(zhì)量問題。比如說為達(dá)到對高產(chǎn)能的要求，就需要配置好大批量研發(fā)生產(chǎn)設(shè)備，但由于實際市場需求等因素，并沒有生產(chǎn)那么多東西，那么設(shè)備廠房等本身也占成本，也要消耗。所以產(chǎn)能、產(chǎn)量、質(zhì)量這方面還需要協(xié)調(diào)。

《大國之材》：所以在您看來，我國碳纖維的生產(chǎn)成本，前幾年確實比國外稍微高一點。那么碳纖維高成本這個問題在如今有改善嗎？

杜善義院士：從國產(chǎn)碳纖維近幾年的發(fā)展趨勢來看，成本在不斷降低，為什么呢？因為現(xiàn)在不僅是國防航空航天，包括能源、海洋工程、交通等其它方面的一些基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)都在大量采用碳纖維。碳纖維及其復(fù)合材料是一個非常有活力、非常有前途的材料，大家對它非常感興趣，最明顯的就是汽車行業(yè)。中國每年生產(chǎn)3000萬輛汽車，如果每輛汽車用1公斤碳纖維復(fù)合材料，需求量將達(dá)到3萬噸。所以在這種情況下來看，我想它的成本會逐漸降下來。

另外，正如“十九大”提出的“質(zhì)量強(qiáng)國”，通過碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，和碳纖維生產(chǎn)工藝過程控制技術(shù)的提高，以及用量的逐漸增加，碳纖維的成本會越來越下降，所以這一點我想不用擔(dān)心。

降成本這方面，這是未來的一個戰(zhàn)略，也是我們必須要去實現(xiàn)的，具體降到什么程度，現(xiàn)在還不能完全定論。但是據(jù)我了解，比如說我們國產(chǎn)T800級高檔碳纖維，因為我們在航空航天方面執(zhí)行的一個計劃，整個報價其實和國外基本持平，所以成本降低還是有希望。

《大國之材》：那您認(rèn)為現(xiàn)階段的國產(chǎn)碳纖維的價格，對市場來說是否合理？

杜善義院士：由于國家的重視，企業(yè)家的重視，科技工作者的重視，再加上碳纖維及復(fù)合材料它本身的優(yōu)越性，因此無論在國際還是我們國內(nèi)來看，碳纖維的發(fā)展速度都比較快。目前國產(chǎn)碳纖維不管從高強(qiáng)和高模量來看，雖然不能說超過日本、美國這樣一些國家，但我們是緊緊跟在后面，但是這個距離很近了，我們要從跟跑發(fā)展成并跑。我覺得現(xiàn)在是逐漸要達(dá)到并跑這樣一個水平。

《大國之材》：您對國內(nèi)碳纖維行業(yè)發(fā)展有什么建議？

杜善義院士：我希望國產(chǎn)碳纖維這個行業(yè)能夠國際化，而且必須國際化，我們不能僅僅滿足于供應(yīng)國內(nèi)市場需求。我們應(yīng)該有這樣一個雄心，有這樣一個夢想，我想我們中國人完全有能力、有技術(shù)，能夠做到把碳纖維推向國際化。

走國際化其實就是兩點：一個是性能，就是質(zhì)量，第二個就是成本。我們緊盯這兩點，必然會走到國際化。

碳纖維對我們建設(shè)材料強(qiáng)國、制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國，和我們的航空航天的強(qiáng)國，都有積極的推動作用。我希望更多的碳纖維企業(yè)，特別是民營企業(yè)，他們自己能夠完全設(shè)計、制造裝備，比如氧化爐、碳化爐等等這些，從源頭上降低成本。第二就是希望碳纖維的用量越來越多，協(xié)調(diào)供給側(cè)改革，促使它的成本降低，這兩條是非常之重的。

后記

《大國之材》注意到，整整一上午的采訪溝通，杜善義院士始終保持高度的精神集中及熱情，甚至沒有停下喝一口水。對于我們的提問知無不言，一直滔滔不絕。這位年過古稀的老專家始終心系國產(chǎn)碳纖維的發(fā)展走向，正如他自己所說“我這個團(tuán)隊有60余位博士、1位院士，還有3個在報院士，但這個力量還不夠，我們還要為中國復(fù)合材料領(lǐng)域培養(yǎng)更多優(yōu)秀的人才?！?