【主编荐读】赵谦：发展先进玻璃纤维产业，打造国家战略科技力量

《玻璃纤维》期刊创刊于1972年，刊号：ISSN1005-6262，CN32-1129/TQ，是经国家新闻出版总署批准、南京玻璃纤维研究设计院有限公司主管/主办的全国建材类核心期刊。多年来，期刊秉持“引领行业风尚，反映学科进展，突出实际应用，传递市场信息”的办刊宗旨，内容涵盖玻璃纤维等高性能纤维及复合材料的生产、应用、测试、回收等各环节，重点围绕工程技术领域新技术、新工艺、新方法，展现最新科技成果和科研进展。

为了响应国家科技创新的号召，分享玻纤行业最新科研成果，凸显行业前沿动态，推动学术交流和科研发展，同时增强读者与作者之间的互动和交流，《玻璃纤维》期刊特别策划“主编荐读”专栏，每月推出一篇由本刊主编推荐的优秀论文。欢迎大家对主编荐读的论文进行评论和互动，共同助力期刊高质量发展。

本期为大家带来“主编荐读”——《发展先进玻璃纤维产业，打造国家战略科技力量》，作者：赵谦 特种纤维复合材料国家重点实验室主任。

在全球化浪潮持续涌动和科技创新的迅猛发展背景下，国家战略科技力量的构建已逐步成为国家科技创新发展的关键与核心。十八大以来，以习近平同志为核心的党中央把科技创新摆在国家发展全局的核心位置，以前所未有的力度强化国家战略科技力量，为新质生产力的发展提供强劲的推动力和支撑力。国家战略科技力量代表着国家意志、服务国家需求并体现国家科技水平，是国家创新体系的重要组成部分，是实现科技自立自强、建成科技强国、支撑现代化产业体系建设、形成国家竞争优势、制胜国际博弈、全面建设社会主义现代化强国的重要保障。同时，国家战略科技力量也是新质生产工具的应用者、新质创新主体的培育者和创新成果的开拓者。

习近平总书记指出：“新材料产业是战略性、基础性产业，也是高技术竞争的关键领域，我们要奋起直追、迎头赶上”。材料领域的发展是我国在新时代崛起的基石。玻璃纤维作为先进无机纤维与复合材料中的重要组成部分，在国防军工、航空航天、新能源、交通运输等多个重要领域都发挥着极为重要的作用，其以轻质高强高模等卓越的力学性能以及绝缘、耐热、耐腐蚀等优异的功能性，成为世界上使用最广泛、产量最大的无机非金属材料。发展玻璃纤维行业不仅是满足国防重大工程亟需，也是支撑国民经济重大领域高质量发展关键。2015年以来，玻璃纤维行业多次被列入《重点新材料首批次应用示范指导目录》《战略性新兴产业分类》《鼓励外商投资产业目录》等鼓励类行业，表明玻璃纤维材料的重要性得到了国家层面的高度认可和重视。在 2021年《玻璃纤维工业“十四五”规划》中，玻璃纤维被明确为战略性新材料产业重要组成部分。因此，我国玻璃纤维行业要紧跟时代发展要求，满足时代发展所需，树立“宜业尚品造福人类” 的总体发展目标，不断提升全行业创新发展意识。在转型绿色低碳发展基础上，积极推进供给侧结构改革，构建发展新格局，实现玻璃纤维行业在国家发展大格局中的新价值，为人类社会发展进步做出应有贡献。

1958年，中国玻璃纤维工业迈出了发展的第一步，至今已走过 60 多年的奋斗历程，前 30 年采用球法坩埚拉丝技术作为主要生产方式，并逐步构建起一套完整的工业体系，由于技术相对落后于欧美等发达国家，我国的玻璃纤维行业一直处于“跟跑”状态。转折点出现在 1990 年，南京玻纤院作为主体技术支持单位，协助珠海玻璃纤维公司引进年产4000 吨无碱玻璃纤维池窑拉丝生产线技术，并成功实现投产，标志着中国拥有了自己的玻璃纤维池窑生产线，正式跻身世界玻璃纤维工业的主流舞台。

1997年，在国家建材局的有力领导和坚定支持下，南京玻纤院通过“自主设计、点菜拼盘”的模式，成功设计并投产了我国首条万吨级无碱玻纤池窑拉丝生产线。1998年，南京玻纤院又通过承担国家科技攻关任务，攻克了玻璃纤维池窑拉丝成套工艺与生产技术，实现了全部装备的国产化，并形成了具有自主知识产权的玻璃纤维池窑拉丝技术，打破了欧美等西方国家的技术封锁和垄断，助力中国玻纤实现了从“跟跑”到“并跑”的跨越式发展。

在后续的十几年里，中国玻璃纤维行业的规模不断扩大，在全球的地位也日益提升，每年可带动千亿元的行业产值。到2023年，我国玻璃纤维年产能约占全球玻璃纤维年产能的70%，形成了“世界玻纤看亚洲，亚洲玻纤看中国”的发展格局，也标志着我国玻璃纤维行业开始“领跑”全世界。

目前我国已成为世界玻纤第一生产、使用和出口大国，2023年总产量已达723万吨，拥有400多个品种、3000多个规格，年产值过千亿并带动数千亿元的社会产值。然而，随着我国高端应用领域对玻璃纤维产品数量和性能要求进一步提升，高性能玻璃纤维的开发与国外发达国家还存在一定差距，主要表现在以下几个方面。

2.1  基础研究有待加强

高性能玻璃纤维的开发是一个涉及多个学科融合的前沿科学技术领域。然而，我国玻璃纤维行业在基础研究方面仍存在明显不足，各专业的理论基础相对薄弱，学科之间的融合与协同研究也尚未形成有效的体系。此外，我国玻璃纤维的种类开发原创性技术不多，主要依赖于对国外技术的模仿创新和集成创新，这不仅制约了行业的创新能力，也影响了我国在国际市场中的竞争地位。为提升我国玻璃纤维行业的技术水平和市场竞争力，亟需加强相关基础研究，建立高校、院所和领军企业协同机制，推动学科交叉与协同创新，建立结构合理、创新能力强的人才队伍，实现核心技术的自主突破。

2.2  数字化研发模式有待创新

传统玻璃纤维组分配方研发方式为实验试错法。采用该方式开发一种新牌号的玻璃纤维产品往往需5至10年及数百万、数千万研发投入。这种冗长的周期和高昂的成本，不仅严重阻碍了我国玻璃纤维产业的快速发展，而且在一定程度上影响了航空航天、新能源、电子信息等高科技领域的发展。此外，由于研发周期的延长，也使我国在某些关键技术领域面临着技术制约的风险，这不仅影响了产业的竞争力，也可能对国家安全和经济发展造成潜在的影响。

虽然我国玻璃纤维池窑拉丝工艺技术世界领先、主要设备实现完全国产化，但在某些高端领域的关键产品，例如高模量玻璃纤维、低介电玻璃纤维和低膨胀玻璃纤维的系列化生产工艺技术方面与国际一流水平仍有差距。多数企业在研发阶段常常经历反复的试错过程，导致了大量的资源浪费和成本增加。如部分产品气泡率偏高、窑炉耐火材料易侵蚀、拉丝漏板使用寿命短等。这些问题导致在确保产品质量稳定性及应用工艺性上面临挑战，难以满足高端复合材料对可设计性和可靠性的高要求。

因此，为增强我国玻璃纤维行业的创新研发能力，进一步提升国际竞争力，需要创新玻璃纤维组分配方研发范式，提高玻璃纤维性能数据的利用效率，加强高端加工技术的研发与优化，确保产品质量的稳定性，更好地满足国家重大工程装备和新应用场景的市场需求。

2.3  绿色智能制造能力与标准化水平有待整体提升

在数字化、信息化和绿色低碳的浪潮中，我国高性能玻璃纤维制造业亟待转型升级，以匹配时代发展的步伐。我国玻璃纤维高端产品和转型数字化制造方面尚存不足，这不仅制约了生产效率、 产品质量和应用需求，也影响了行业的国际竞争力。必须加快智能制造和绿色制造的发展步伐，加快更新理念和意识，加快技术创新和工艺优化，加快推广使用新技术、新装备，提升生产效率、产品品质、降低能源消耗，实现规模化生产和经济效益的最大化。面对国际形势的复杂多变，我国玻璃纤维行业应积极参与国际标准的制定，加强与全球玻璃纤维行业的交流合作，提升我国在国际舞台上的话语权和影响力，成为全球玻璃纤维行业标准的主要制定者。增强我国玻璃纤维行业的软实力，推动产业向高端化、智能化、绿色化、全球化方向发展。

2.4  产学研融合有待进一步拓展

我国玻璃纤维行业的产学研结合程度尚显不足，高校、企业、院所及重要研发平台之间的交流与协作尚未形成有效的协同创新机制。尽管已建成一批新材料创新服务平台、具有先进水平的测试评价平台，但现实中，这些平台的建设和运营仍面临诸多挑战。同时，高校的研究成果与企业的实际需求之间存在一定的脱节，创新成果未能完全转化为产业应用的现实生产力等问题也导致我国玻璃纤维行业开拓新的应用市场的速度不理想。高等院校、行业领军企业和国家重点实验室作为国家战略科技力量的重要组成，需强强联合、优势互补，创新链中布局产业链、产业链中部署创新链，形成产学研用深度融合的创新高地。

在未来的发展中，我国玻璃纤维行业需全面升级玻璃纤维制造产业水平。打造产学研深度融合、具有国际领先水平的全国重点实验室，培养具有国际视野能够提炼科学问题、前沿工程技术问题的领军人才和高水平玻璃纤维创新研发团队，实施产品配方数字化设计新范式、产品制造的数字化转型与智能制造、“双碳”背景下的技术全面升级、检测评价与标准化的国际话语权全面提升，推动玻璃纤维行业新质生产力的加快形成。

3.1  打造国际领先的全国重点实验室平台，成为国家战略科技力量

建设先进无机纤维与复合材料全国重点实验室，成为国家战略科技力量的重要组成部分，是保持我国玻璃纤维行业整体优势、缩小并赶上在某些特定领域与国际一流水平的差距、消除卡点难点的重要举措。由中材科技牵头组建的先进无机纤维与复合材料全国重点实验室，正是响应国家战略需求，满足行业高质量发展需要。实验室将致力于从基础研究到产业化能力建设的全方位技术创新，包括但不限于数字化设计、高效制造、高价值绿色回收、全生命周期测试评价与标准化，高端人才培养与创新机制的构建。

实验室以玻璃纤维的数字化设计和智能化绿色制造为核心，一方面，围绕特种玻璃纤维，根据其关键性能和制造工艺需求，应用材料基因、高通量计算、高通量试验、数据驱动技术，建立材料—结构—工艺一体化数字计算方法，设计更多高性能产品，满足我国国产大客飞机、百米级超大型风电叶片、深海与储氢耐压装备等领域需求。另一方面，在玻璃纤维制备技术领域，开展智能化绿色化制造技术研究，以提高制造精度和效率，降低能耗，减少碳排放，推动先进无机纤维与复合材料产业发展，保障国防安全，助力制造强国与“双碳”战略实施。

重视人才培养，实验室将重点创新体制机制，营造鼓励创新、稳定支持、定性评价、宽容失败的科研环境，为各类人才提供公平的发展机会，充分发挥战略科技人才、科技领军人才和青年科技人才的作用，实现基础研究、应用基础研究和前沿技术创新的人才均衡发展。实验室将突出以贡献价值为导向的薪酬激励体系，培养并稳定高端人才，打造一支高水平的科研团队。

国家重点实验室作为国家战略科技力量的重要组成部分，不仅会推动玻璃纤维行业的技术进步和产业升级，还将在国际舞台上展示我国的科技实力和产业竞争力，为国家重大工程、重大装备、重大型号提供技术支撑，为行业形成新质生产力，为行业高质量发展提供创新动能，也为新材料领域的可持续发展提供坚实的科技支撑和人才保障。

3.2  创新数字化设计研究新范式

玻璃纤维新成分、新配方研究，传统的试错法一直伴随着冗长的研发周期与高昂的成本，这严重制约了我国玻璃纤维行业的发展。2016年南京玻纤院访问了美国麻省理工学院等高校，就“材料基因组”理念引入玻璃纤维配方的研发进行国际合作交流，目标是开展玻璃纤维材料基因研究，实现高性能玻璃纤维成分的低成本、精准设计，改变传统 “试错法”的研发模式，为材料科学的研究开辟新的路径。材料基因组是一种基于数据驱动的材料设计方法，它利用机器学习算法来处理材料配方研发中的复杂非线性关系，发现高维数据中的模式和规律，并从大量数据中提取隐藏的关键特征，从而进一步泛化迭代优化。这些特点与玻璃纤维材料的组分研发天然匹配，有望解决玻璃纤维组分配方设计空间巨大、组分—结构—性能构效关系复杂等关键共性难题，为玻璃纤维研发中的基础科学问题的解决提供思路与理论依据，从而推动材料性能的优化和应用领域的拓展。

在玻璃纤维生产工艺及核心装备的研发方面，引入模拟仿真技术（CFD和CAE）可极大地推动窑炉和漏板设计的优化与创新。通过计算机模拟，工程师能够在实际生产前预测分析窑炉的气态、液态流场和热力场，从而设计出更加耐用、高效的窑炉结构。这种技术的应用减少了实际测试的次数，降低了研发成本。在漏板设计方面，模拟仿真技术同样发挥着重要作用。通过模拟玻璃熔液在漏板中的流动特性，可以精确计算出漏板的最佳孔径和分布，以及承受高温和腐蚀性介质的能力。这不仅提高了漏板的使用寿命，还确保了拉丝过程的均匀性和连续性，进一步提升了玻璃纤维产品的质量。模拟仿真技术还能帮助企业在设计阶段就考虑到窑炉和漏板的维护与更换周期，通过预测设备磨损和故障，提前制定维护计划，减少意外停机时间，提高生产效率。模拟仿真技术为玻璃纤维池窑拉丝工艺带 来了革命性的改变，是现代工业设计不可或缺的一部分。

3.3  实施更高目标的绿色智能制造

面对全球新一轮科技革命和产业变革的加速推进，转变传统发展模式，推动智能化增长成为必然选择。中国玻璃纤维行业的智能化转型是一场深刻的技术革新，通过信息化与自动化的深度融合，为更高层次的智能化打下了坚实基础。在智能化转型的探索中，行业不仅实现了数据的透明化，还通过集成互联网和人工智能等前沿技术，引入了新思维与新方法，从而不断推动产业的技术进步和升级。

巨石集团的九江和成都生产基地，通过引入 MES、ERP等工业软件和工业互联网平台，不仅提升了生产效率，还解决了关键装备的技术难题。泰山玻璃纤维有限公司太原基地的“灯塔工厂”项目，以其集成的智能制造系统，展现了生产管理的全面信息化和数字化转型。重庆国际复合材料股份有限公司（CPIC）通过技术创新和生产线升级，成功投产了多条智能制造生产线，实现了生产过程的自动化、信息化和智能化，有效提升了产能和产品质量，同时降低了生产成本和能耗。玻璃纤维民营企业中的佼佼者，江苏长海复合材料股份有限公司（长海股份）快速实施60万吨高性能玻璃纤维智能制造基地项目，成功实现了降本增效。山东玻纤集团的“黑灯工厂”项目，深度融合了互联网、大数据和智能化技术，实现了生产运营管理的自动化和智能化，提升了生产效率和产品质量，同时推动了绿色生产和可持续发展。

我国玻璃纤维行业在绿色制造方面需采取多元化策略，包括采用氢气燃烧技术预期降低碳排放，提升燃烧效率和产品质量；引入光伏建筑一体化技术，将太阳能转换为电力，减少化石燃料使用，降低能源消耗和环境影响；在废丝处理方面，进行回收再利用，从而减少原料浪费；废水通过物理—化学—生物联合技术处理，满足环保标准，并通过中水回用系统提升了水资源循环利用率。废气采用干法、半干法或湿法工艺结合脱硫脱硝除尘技术进行处理，实现超净排放，减少大气污染。

3.4  提升国际标准话语权

在国际环境不断演变的当下，我国玻璃纤维行业需要更加积极地参与到国际行业标准的制定工作中。在标准的制定、复审、讨论、表决和试验等环节中积极发声，更需通过实际行动彰显我国玻璃纤维行业的专业影响力和技术实力。可基于全国重点实验室和国家新材料测试平台复合材料行业中心等行业重要平台，专注于先进无机纤维与复合材料的全生命周期管理，开展基于测试评价与标准化需求的研究，突破关键技术瓶颈，协同全国玻璃纤维标委会等组织，制定完善具有国际权威性的标准体系。这些措施将为产品质量、生产工艺稳定性以及服役性能的适用性评价提供坚实的技术支撑，全面提升我国在玻璃纤维检测评价和标准化方面的能力。我国玻璃纤维行业的软实力通过积极开展国际标准化工作得到显著提升，从而实现我国玻璃纤维行业在国际标准化工作中由旁观者到参与者最后成为主导者的华丽转身，进而推动国际标准更多地反映中国的环境和利益考量，促进国产高性能玻璃纤维与全球市场的深度融合。

3.5  促进产学研深度融合

针对目前我国玻璃纤维行业产学研结合不足的问题，需组建重点实验室、高校、科研院所、研发平台、领军企业等各类科研力量深度合作的创新联合体，坚持以重大领域应用为导向、以科学认知提升为基础、以关键技术突破为中心，既瞄准国家重大工程急需，又兼顾前沿科学技术发展，消除基础研究、产品制备与应用脱节的现象，快速提高产业技术成熟度，建立严谨科学合理的运行机制。可以以全国重点实验室为基石，构建一个多维度、跨学科的创新生态系统。其核心目标是通过整合资源、促进交流与合作，引领学术前沿，加快工程化进程，进而推动产业化发展。

在学术交流方面，可汇集一系列国家级研究中心和专业学会，如国家玻璃纤维及制品工程技术研究中心、国家纤维增强模塑料工程技术研究中心等。这些机构不仅能提供先进的试验装备，还可增强工程化能力，为高水平学术交流提供了坚实基础。在产业化及服务方面，可通过国家认定企业技术中心和多个产业发展联盟等平台，联合行业内部的力量，发挥协同创新的优势。在人才培养方面，通过高水平院校、全国重点实验室、企业院士工作站、博士后科研工作站等平台，引入外籍技术专家，加强对高端人才的吸引和培养，为前沿技术的创新提供坚实的人才基础。

玻璃纤维作为先进无机新材料的重要组成部分，在新时代背景下，唯有加快科技创新、原始技术创新和产业技术升级，加快新质生产力的形成，方能满足国家重大发展战略、重大工程、重大装备、重要应用场景对高性能玻璃纤维的迫切需求。玻璃纤维行业要加强产学研融合贯通、协调发展，推广数字化设计研究、智能制造和绿色制造、全生命周期测试评价技术，积极参与国际标准化组织工作，提升中国玻璃纤维国际标准话语权，保持全球领先优势，实现玻璃纤维行业的高质量发展。

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