【碳企研究】从技术创新和可持续人才战略深入分析日本东丽公司碳纤维龙头地位的内因
摘 要
在本公众号前期整理的《日本碳纤维领跑全球关键因素分析》一文中提出日本碳纤维之所以在全球取得领先，得益于政府的大力推动与支持、行业协作促进技术攻关、差异化竞争等因素。
但上述大多是从企业外部因素进行了分析，而本文则旨在从内因出发，从日本东丽公司内部技术创新、发展思路、团队人才培养等角度分析了其在全球碳纤维制造商取得领先的原因。
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日本东丽（Toray）公司概况
东丽株式会社成立于 1926 年，其前身是东洋人造丝公司，1970 年 1 月，东丽从公司名称中去掉“人造丝”一词，更名为“东丽株式会社”，是世界著名的以有机合成、高分子化学、生物化学为核心技术的高科技跨国企业，目前东丽在23个国家和地区拥有 226 家公司，业务范围如表1所示。
1961年，日本工业技术院（现产业技术综合研究所）大阪工业技术试验所的进藤博士发表了以聚丙烯腈（PAN）纤维为原料的碳纤维相关研究。东丽公司将新化合物HEN用于 PAN 的共聚合成分，从中发现了碳纤维的性能可以得到飞跃性的提高。东丽在 1969 年组织了全研究所级别的“CROW 项目”，开发了一系列与之相关的基础技术。在此基础上，东丽与Union Carbide（联合碳化物）公司签订了碳化处理技术和碳纤维原丝的技术交换合同，并获得了进藤博士授予的基础专利许可，于 1971 年开始生产。1970~1980 年代，东丽先后生产出 T300、T400、 T700、T800 和T1000 级碳纤维。公司碳纤维及其复合材料发展历程如表2所示。
目前，在东丽公司全球200多个分支结构中涉及碳纤维的公司和合作机构就有23家，分布在欧洲、美洲以及亚洲三大市场 ，而且包括了纤维制备所需原料、油剂等上游单位，碳纤维产品中游单位，以及复合材料及其应用的下游单位（图1）。
图1 东丽涉及碳纤维的合资公司、子公司及研究院所
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创新技术最关键，发展思路很重要
东丽公司自创立以来就秉承“唯有研究和技术开发才能创造明天的东丽”这一信念，努力致力于技术创新与技术推广。1969年，东丽公司设立了研究开发部门，并将石油化学研究室和开发研究所划归至该部门，同时对与纤维方面的各大研究设施进行统合，成立了全新的纤维研究所。1971 年，东丽将研究和技术开发的课题与事业规划、客户开发、市场调研功能相结合，成立了社长直接管辖的新事业推进部，并将其作为在全公司推进新事业开发的核心组织。1974年，该组织发展成为新事业部门，其主要职能是对研究和销售中发现的新课题进行可行性评估，针对开发完毕的课题成立新的组织专门对应。碳纤维及其复合材料等多种新事业均由此而迈上了新的台阶。
近年来，为了确保研发投入，日本东丽公司研究和开发费用不受经济波动影响，一直呈现稳步增长态势。2017 年到 2019 年的 3 年内， 东丽将计划投入共 2200 亿日元以上的研发经费，每年大概投入3%的销售收入到研发中。据东丽官网，从 2014 年度起 3 年间公司投入 1800 亿日元研发费用，其中 50%分配给绿色创新相关业务，作为绿色创新相关业务（含用于飞机、汽车、风力、压力容器等的碳纤维业务及锂电子电池分离器）的主项，碳纤维复合材料相关业务直接受益。
日本东丽在研制生产碳纤维方面有以下四个主要特点：
碳纤维有较长的研究历史。从 60 年代中后期开始， 东丽开始研发碳纤维，建立了月产 5 吨的装置，从 1971 年开始制造和销售 TORAYCA®碳纤维，经过一系列的发展过程，于 1983 年形成了“碳纤维及复合材料”这一产业。到现在已经有 50 多年的历史，在碳纤维开发方面有丰富的经验。
品种规格比较齐全。主要产品，涵盖普通型、高强型、高强中模型、高强高模型，代表性产品有 T300、 T1000、 M60 等，其中高模型产品 M70J 的最大拉伸模量已经达到 690GPa，高强型产品 T1100 拉伸强度已经能够达到 7.0 GPa。
碳纤维产量占世界第一位。1983年，日本东丽生产碳纤维 1260 吨，到 1995 年时超过 2900 吨，就已经达到世界总产量的三分之一以上。
碳纤维质量高、性能不断提高，而且性能稳定。碳纤维的强度离散系数<3%，碳纤维模量离散系数<3%。从 80 年代以来碳纤维性能不断提高，以 T300 为例， 70 年代初 T300抗强度达到 2500MPa，80年代初提高到 2940～3140MPa，1985 年为 3330～3430MPa，1987年以后则又提高到 3530MPa。
虽然在上世纪80年代末、90年代初，东丽公司碳纤维产品性能不断实现突破并在航空领域实现产品应用，但是后来随着欧美企业大量涌入，导致航空用碳纤维行业竞争加剧，上世纪 90 年代欧美企业纷纷退出碳纤维生产领域。图2显示了上世纪80年代与2010s航空公司所需碳纤维及预浸料供应商信息。
图2 航空领域碳纤维及复合材料供应商之间的剧烈竞争
在航空领域激烈竞争中，东丽公司之所以能够在碳纤维领域突出重围，关键在于以下两个方面：
其一，从技术上东丽更具有优势，日本东丽是纤维制造商，有生产纺织服装用丙烯腈纤维的经验，而许多欧美碳纤维厂商如巴斯夫等原先为化工企业，在纤维制造技术方面缺乏优势；
其二，及时布局发展方向，碳纤维是高技术和高附加值产品，在发展初期产品性能一般，无法胜任航天军工等领域的要求，而且彼时航天军工市场对于使用碳纤维作为替代材料的动力也不足，因此许多欧美企业以航空和军工作为切入点时受挫，并出现产能过剩以致亏损，日本东丽以体育休闲市场为突破口，产品性能可以很好地满足该市场的需求，并且在 20 世纪 70 年代后半期世界油价飙升，日本东丽借着民用航空急需寻找轻质材料以减轻油耗的东风，顺势切入航空等更高端的市场（图3）。
图3 日本东丽公司碳纤维以休闲体育应用为跳板 ，待产品性能及复合材料技术成熟后，逐渐切入航空领域
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重视梯度人才发展
日本东丽公司拥有9大研发中心，目前碳纤维的研发工作主要由 1990 年成立的复合材料研究实验室承担，主要研究 TORAYCA®品牌的碳纤维的生产技术及应用。东丽的研发团队规模庞大，涉及碳纤维的生产工艺、复合材料和应用等领域。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了详细梳理，东丽公司在碳纤维及其复合材料领域专利申请人情况如图4所示。
图4 日本东丽公司研发团队的整体分布
东丽非常注重复合型人才的培养，根据上世纪60年代到2010年东丽公司专利申请人分析，在碳纤维生产工艺、复合材料和应用三个方面均有涉及的有 86 人，涉及生产工艺和复合材料的有 124 人，涉及生产工艺和应用的有 149 人，涉及复合材料和应用的有 230 人 。
20世纪60年代末，森田健一作为核心发明人，组织其团队研发出了具有优异性能的PAN碳纤维，是东丽最早从事碳纤维研发并取得专利成果的团队。70 年代后，森田健一的研发团队规模有所扩大，其中影响最大的是平松徹的加入。随着团队规模的扩大，研发成果也越来越多，70 年代初期，该团队申请量就较60年代翻了 2 番。
80 年代，东丽在 PAN 基碳纤维生产工艺研发团队有几个重大事件。第一，森田健一退出舞台；第二，平松徹开始接管 PAN 基碳纤维研发团队，成为团队的绝对核心；第三，松久要治加入了 PAN 基研发团队。东丽在这一时期完成了研发团队的第一次新老交替，这一交替无疑是成功的，因为正是平松徹带领着松久要治在这一时期先后研发出了东丽的T400 和 T700。
1990年以后，平松徹不再承担研发团队核心的角色，松久要治开始作为核心继续进PAN基碳纤维生产工艺的研发。在这一时期，松久要治带领他的团队先后开发T800、T1000、MJ 系列。而且松久要治带领其团队从单纯的 PAN 基碳纤维生产工艺，扩大到油剂、表面处理等方向上，从而产生了一支分工明确、涉及各环节的强大的研发队伍。
在 90 年代，又一位重要的发明人加入了 PAN 基碳纤维研发团队，他就是远藤真。为了培养远藤真，平松徹在1999年亲自出山，指导其完成了2项重要的发明。此后， 远藤真也迅速成长，在 2000 以后，开始取代松久要治，成为 PAN 基碳纤维研发团队新的核心。直至今日， 远藤真依然活跃在 PAN 基碳纤维生产工艺的研发舞台上。而从近期的专利申请来看，东丽打算重点培养的核心是田中文彦和川上大辅。
从上述东丽公司PAN基碳纤维团队成员发展可以看出，碳纤维作为技术集成度极高的行业，若要企业长久屹立不倒、后备技术人员储备极其重要。
碳纤维制备技术比较复杂，涉及有机化学、高分子化学、物理学、纺织学、材料科学和工程学等多个学科的交叉和应用，制备工艺也涵盖了聚合、纺丝、预氧化、碳化、表面处理和上浆等多个环节，关键节点多达数百个。因此从事碳纤维技术领域的人才，不可能做到一一通晓，此次团队合作显得尤为重要。
东丽基本采用团队合作的模式进行技术创新，这也是创新型企业的常规模式。主要发明人有两位，分别为平松徹和松久要治，其它参与者包括山本泰正、奥田章等。但是该公司技术人员研究各有侧重，如平松徹、松久要治两人的研发重点集中在聚合和热处理方面，奥田章主要从事纺丝领域的相关研究，山本泰正则在纺丝油剂上作出较多贡献。
平松徹在 1970～2000 年间参与了 T300、 T400、 T700 三种牌号碳纤维的研发。T700 研发成功后，平松徹就逐渐淡出东丽的研发团队，松久要治继而成为东丽研发领域新的领军人物，松久要治在1970～2000年与平松徹共同研发了T400、T700，并且参与了随后的T800、T1000、MJ 系列的研发。
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，东丽公司基本上解决了PAN原丝稳定化技术，从而突破了T400和T700等技术；然而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，这就说明在高性能碳纤维发展过程中，PAN原丝技术是实现性能突破的前半程关键点、也是基础保障，而碳化乃至石墨化则是下半场的关键、是性能获得稳步提升的突破口。
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注重产业链、实现应用最关键
在碳纤维实现性能优异、稳定生产基础上，能够实现应用，形成效益才是关键。东丽公司优势还体现在：
其一，产业链意识强。在 1969 年研发出高性能 PAN 基碳纤维时，只有碳纤维生产工艺方面的发明人，然而在 1970 年开始就在复合材料和应用方面投入了一定数量的发明人进行研发。在复合材料和应用方面，虽然整体的申请量随时间有所波动，但是东丽在这两方面的研发人员投入一直是不断增长的。这是因为东丽作为碳纤维领域的领军企业，深知对于一个产品，不仅要在产品的生产工艺方面进行专利布局，对于产业链中的其他环节也要进行相应的保护，这样才能保证产品在市场上占据优势。
其二，对技术前景有足够的预见。在 90 年代中期随着冷战的结束，碳纤维和复合材料的需求有所下降，很多公司纷纷退出了碳纤维复合材料的市场，甚至有些退出了碳纤维行业；但是东丽在复合材料和应用方面相反，在 90 年代后突然加大了对复合材料和应用的研发人员投入，2000~2004 年，东丽在复合材料和应用方面的发明人人数分别是 1995 年~1999 年的 225%和19%，这正是东丽有强大的技术支持并且对复合材料和应用的技术前景有足够预见的体现。
为了实现碳纤维在各领域应用最大化，东丽公司在产品的开发应用上有明确的目的性，完全针对世界市场需要来研究和开发新产品。图5以举例的方式，分别从全球面临的全球变暖、石油价格上涨、对于高性能材料的需求三个方面来阐述东丽在产品开发上的针对性理念。
图5 东丽碳纤维产品的主要应用及相关专利申请量
东丽公司为了释放碳纤维产能、实现碳纤维规模化应用，针对产能进行了布局，着重通过绑定大客户方式来拓展碳纤维业务，如2008年以来，东丽公司先后收购ACE、PCC、CIT等各国制造和分销商，同时，通过建立专门的汽车中心（AMC），建立自有的碳纤维原料（前驱体）工厂等，或收购处于产业链某环节的领先制造商（如 TCAC预浸料制造商等），实现碳纤维全产业链生产和供应。
图6 近十年来东丽用户绑定和技术并购举措
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结束语
日本东丽公司在碳纤维领域的成功不是一蹴而就的，而是经过数十年几代人不断奋斗的结果，综合各种有利的外部因素，加之内部创新技术、可持续的人才战略等，保证了其在全球行业领先地位。
纤维技术专利分析（http://www.sipo.gov.cn/ztzl/ywzt/cyzlfxbgfb）、方正证券、中泰证券