/第三节/日本推动创造性的合作研究

一个产业的崛起需要多方组织连续接力，才可能将一套科研成果最终转化成行业成熟应用的技术，在特殊场合甚至可以一举奠定一个国家产业的领先基础。

尽管日本被认为是一个“小政府、大企业”的国家，但日本政府对于产业的引领和“干预”一直不曾收手。可以说，日本也是一个非常擅长做产业政策规划的国家，在半导体行业、汽车行业、机床行业等无不如此。

为了追赶美国半导体的发展，日本启动了大规模的超大规模集成电路（VLSI，Very Large Scale Integration）发展计划。这是日本政府激励和组织企业开展创造性的合作研究活动最早的例子，常常被作为日本技术政策的成功范例。这一计划开始于1976年3月，历时4年。这一时期正是日本半导体产业飞速发展的时期。当时半导体的竞争焦点都集中在随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）方面。1978年到1981年，日本16KB RAM产品占到国际市场份额的40%；而到1982年年底，日本的第一代超大规模集成电路的64KB RAM产品则已经占到国际市场份额的66%。可以说，VLSI计划对日本半导体在世界市场取得领先地位做出了巨大的贡献。这种政府激励和企业协同的产业政策模式也引起了美国产业界的惊恐。在不断丧失市场的情况下，美国人“以牙还牙”，采用了跟日本几乎相同的政策，才在随后10年夺回阵地。然而不可否认的是，日本半导体的崛起VLSI计划功不可没，而且从VLSI计划中直接诞生了三菱、NEC、富士通、日立、东芝等5家半导体产业巨头。

同样地，日本碳纤维产业的崛起也为大规模的灰度创新提供了一个令人惊叹的样本，日本碳纤维产业产学研线条清晰，参与方表现突出。1959年起步，日本在碳纤维领域仅仅用了20年的时间，就成为这个领域的强国，并且牢牢守住了这个阵地。而同样的时间，也正是中国碳纤维起步发展的尝试阶段，因屡次突破受阻，导致中国的碳纤维产业一直游离在市场之外。直到多年以后，这种僵局才被中国的民营企业逐渐打破。

日本在当下的碳纤维领域有世界上最大的制造商，能够满足全球70%的需求[15]。

那么，日本如何完成了一个不可能的使命：高性能碳纤维产业从零起步，发展到强势的霸主地位[16]？

碳纤维的发展需要从碳丝的故事说起。碳丝曾经被用于电灯泡，但进展一直也不太顺利，爱迪生在使用了镍、铂、铂铱合金等1600种不同的耐热材料后，最后又回到了碳丝。那是电力时代最有魅力的产品，电灯泡自身就是电力时代最好的广告。爱迪生的个人英雄形象就此彻底留在了闪亮的创新世界，光耀至今。20多年后，1904年灯泡的碳丝被钨丝彻底替代，从此沉寂一时。

到了1950年，碳丝的应用被重新提上日程。生产灯泡线束的美国联合碳公司（UCC），在“二战”后又重新捡起了这个几乎被遗忘的材料。因为碳的熔点很高，要达到4000℃才会熔化，因此无法将其熔纺成纤维，只能采用碳化有机纤维的方式来制备碳纤维，这种用于碳化的有机纤维被称为碳纤维的前驱体。1958年，UCC发明了当时很有前景的人造丝基的碳纤维，但碳转化率也只有20%，离大规模的商业化应用仍然遥不可及。

在日本通产省（如今经产省）的大阪国家工业研究所（GIRIO）的研究人员发现了美国人放弃的机会。1959年，一条美国联合碳公司关于碳纤维最新进展的消息激发了日本的近藤昭男博士的斗志。他迅速行动起来，从商店收集了各种纺织物的布头进行实验，终于从杜邦公司的一种聚丙烯腈纤维（PAN基）中找到潜在候选物，这是最早发现的PAN基碳纤维，碳转化率可达50%～60%，这基本上奠定了碳纤维产业化的基础。

1959年9月，近藤昭男博士提交了PAN基碳纤维制备工艺的专利申请。这是他正式加入大阪工业所第一碳材料研究室的第7年。这7年间，他几乎是在“不知所以”中度过的，从事过各种高密度碳制品的研究。然而在这一刹那，他突然找到了合适的方向，多年的积累一朝用上。不得不说，这也是研究者的幸运。

这样一个划时代的专利并没有立刻获得鲜花和掌声。而是随着碳纤维的逐渐商业化，近藤昭男的个人英雄形象才被逐渐强化。1977年，近藤昭男被授予日本化学会技术开发奖，日本政府给予了四级褒彰。1996年，日本政府重新授予他四级瑞宝勋章。又过了20年，授予他日本技术与经济协会会长特别奖。这一次又一次的奖励彰显了在日本碳纤维的强国地位背后个人英雄主义的力量。而个人英雄主义的诞生需要有温润的土壤。日本的大阪工业所（已于1993年更名为大阪国立研究所）就提供了一个供研究者自由自在进行尝试的场所。

大阪工业所非常重视创新研究、知识产权保护和专利转让。当时基础研究的氛围非常自由，科学家可以依照兴趣自由选择课题，也允许有潜力的实用技术申请专利。

在开发PAN基碳纤维时，大阪工业所还没有正式实现商业化，许可证或技术转让政策还不完备，它整体的目标是通过研发来促进工业技术的发展。彼时，许多日本公司开始建立自己的研究实验室，并试图利用大阪工业所提供的自由和非正式的信息交流渠道获得新产品和新想法。而这种随意的技术转让氛围使大阪工业所的许多研究都朝着商业化的方向发展。

1958年，大阪工业研究所新任所长强调知识产权的权利，大力鼓励个人研发的政策，也明显增多了该所的专利申请数量。几年之后，大阪工业所甚至专门成立了技术咨询办公室，负责与企业合作开展技术转让。

当时，大阪工业所的科研项目分为普通和重点两类，这两类科研项目的资助额相差较大。在1959年5月近藤昭男开始着手研究碳纤维的时候，该项目还是一个普通项目。但该项目后来迅速被归为重点项目，很快，近藤昭男组建了10多人的研究团队。而到了9月，制备碳纤维的工艺已经基本有了眉目。这离不开大阪工业所多年来的基础工作和完备的人才积累。自成立以来，碳制品一直是大阪工业所研发活动的支柱之一。“二战”后不久，它的碳研究与开发集中在提高碳产品密度和为核反应堆生产碳材料上。

宽松的学术研究环境和开放性地支撑行业成为日本产业界迅速崛起的重要力量。

在申请了PAN基碳纤维的专利之后，大阪工业所有两种选择，一种是自己成立商业公司，自行进行转化，另一种是对企业进行授权，实行联合创新。

近藤昭男选择了后者。其实这并不是孤例，在当时，通过与已经成立的公司签订许可协议来转移技术，以此刺激日本经济，一直都被认为是更好的选择。只有这样，基础研究才能尽快转化为具有现实应用价值的产品。

企业技术人员开始加入大阪工业所的队伍中来，一起进行合作转化，寻找PAN基碳纤维技术的产业化之路。当时的东海电极公司和日本碳素公司都有丰富的碳材料生产经验。1959年，在获得了大阪工业所的非排他性授权之后，二者纷纷投入资金开始进入这个市场。

看到苗头、研发突破、专利申请、授权、企业加入开发，这些事件以闪电般的速度向前推进，全部都发生在同一年。1959年，是PAN基碳纤维最值得铭记的里程碑式的一年。这不仅仅是个人英雄主义的胜利，更是技术授权与转让的创新转化的胜利。

有了专利授权整个产业才有了希望的种子。而研究所与企业的联合研发则使共性技术有了用武之地。

然而，产业却开了一个大玩笑。对于东海电极公司和日本碳素公司，他们冒险进入PAN基碳纤维领域之后的发展并没有像他们所希望的那样立即成功。直到1968年东海电极才开始商业化生产，1969年日本碳素公司月产500公斤碳纤维的中试装置才投产。虽然这两家公司都有丰富的碳纤维生产经验，但它们都不具备生产PAN基碳纤维纺纱的能力，而这是生产碳纤维必不可少的条件。

在得到近藤昭男的消息之后，日本最大的化纤工业企业东丽也开始瞄准这块市场。东丽在1961年建立了小型试验装置，开辟了一个新的碳纤维研究和制造设施，进行寻找PAN基碳纤维的前驱体纤维的探索。

值得纪念的是，东丽在1961年进军第四代碳纤维，而东丽基础实验室也在这一年正式开张。东丽的董事长期望这个实验室可以在聚焦在未来20年的课题研究基础上，鼓励企业科学家走出自由发挥、独立科研之路。

然而，产业之路并不顺利，跟另外两家先驱企业一样，东丽的路也不平坦。一个新的蓝海在进入视野之前，对于所有的开拓者都是同样的苛刻。1967年，英国的罗罗发动机首次透露，准备把增强型碳纤维材料用于制造喷气式发动机的风扇叶片上。然而这款充满高科技的发动机花费巨大，开发周期被严重拉长，而测试结果却不尽人意。洛克希德·马丁公司随后取消了300台该发动机的订单，投入巨资的罗罗公司血本无归，只能宣布破产，被英国收为国有。自此，罗罗公司也剥离并彻底放弃了碳纤维业务，英国的碳纤维业务昙花一现。同样，美国杜邦和德国巴斯夫等企业也曾经想要开发碳纤维，但因为亏损的缘故都没有坚持下来。

好在日本东丽在新单体和共聚工艺上取得了一些意外的突破。发展碳纤维就像是创立新菜谱，既要找到合适的食材，还要找到合适的蒸锅。经过多年积累，东丽终于在基础聚合物研究和设备制备工艺上取得了双重突破。尽管找到了前驱体的合适材料，但要制备PAN基碳纤维的碳化技术仍然需要近藤昭男的专利授权。

那时，备受挫折的东丽的商业计划仍然是要成为全球领先的PAN基碳纤维制造公司。为了做到这一点，东丽决定放弃单打独斗。1970年，东丽做出了一个复杂的技术组合战略，三箭齐发。一是终于做出了一个迟到的决定，获得了大阪工业所近藤昭男博士的专利授权，开发改进PAN基碳纤维产品；二是与另外两家正陷入泥潭的公司（东海碳素公司和日本碳素公司）达成了一项协议，在该协议中，这两家公司打算把PAN基碳纤维商业化的额外研发成果出售给东丽，以换取特许权使用费，东丽相当于并购了东海碳素公司和日本碳素公司探索10年的技术；三是与美国联合碳公司（UCC）合作，实现交叉授权制造能力。

只有企业家具有卓越的眼光及坚定的信念才可能完成这样的战略调整。而碳纤维技术则是一棒接力一棒，从研究所交到了企业家的手中。企业家变成毋庸置疑的创新舵手。

第二年，东丽月产1吨碳纤维的中试线开始运转。商业化的大门已经缓缓开启。一个科学家、一份专利、一家院所、三四家顶级公司的研发投入，终于使碳纤维在专利发布12年之后走向商业化的正轨。

高强度碳纤维的市场在哪里？这是一个带着“高科技”光环的新生儿的尴尬。碳纤维的制备成本高昂，这使得它的应用只能定位在军方用户。然而军队的用量完全达不到降低成本的规模，可以说这是军用技术民用化的常见困境。

技术引领市场，市场激活技术，这是一个交叉启发的过程。例如，在2010年彻底颠覆手机产业的革命性产品苹果iPhone 4，采用玻璃屏的技术改变了以往使用塑料壳的历史。该应用把这项已经沉淀了16年的玻璃盖板屏幕技术重新激活，也带动了整个玻璃加工设备的市场。

因此，东丽必须弄清楚如何将该产品转化为具有更广泛的商业应用的产品，它在防弹背心、钓鱼线、系泊绳、手套等领域做了各种尝试，但这些都无法形成足够大的用量。

这一切在1972年10月发生了变化，当时来自美国的职业高尔夫球运动员赢得了当时日本最负盛名的高尔夫球锦标赛。媒体广泛报道，该冠军赢得大赛的秘诀是他使用了特殊的碳纤维高尔夫球杆，而这个球杆是由美国初创企业Aldia制造的。

这一事件带来了PAN基碳纤维产品的繁荣。东丽在1973年发起了PAN基碳纤维高尔夫球杆制造计划。高尔夫球杆变成碳纤维的黄金市场，一举获得成功。随后钓鱼竿等休闲与体育用品领域陆续被激活，成为迅速放大的下游市场。高强度碳纤维突然有了广泛的用武之地，东丽公司每月5吨的产能已满负荷。而到了1974年年底，东丽每月的产能提升至13吨，东丽已将产品线扩展到其他运动设备，如网球拍和钓鱼竿等。

PAN基碳纤维市场变得炙手可热。而东丽则牢牢地确立了作为世界领先的优质PAN基碳纤维供应商的地位。

1976年，最大的黑马市场出现了，这次是飞机。

1973年的石油危机导致美国石油价格暴涨，全面改变了美国工业的面貌。多年来一直苦苦“围攻”美国汽车市场的日本节能车，一夜之间成为抢手货。航空领域也发生了重要变化。美国航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）牵头制定了著名的飞机节能计划（ACEE，Aircraft Energy Efficiency），前后执行了10年，美国国内各大飞机公司几乎全部参加，计划降低飞机重量以应对原油价格的不断上涨。这项飞机节能计划采用了东丽的高强碳纤维T300。在1982年，波音757、波音767和空中客车A310使用了T300部件进行首航。而哥伦比亚号航天飞机使用T300作为货运门，成功发射升空[17]。乘胜追击的东丽在美国建立了复合材料公司，主要为波音777商用机生产预浸料。

从20世纪90年代开始，高强度碳纤维成为飞机的重要构成材料。东丽的高强中模T800S碳纤维已经成为空客A380的主要受力构件。而在2004年，东丽又与波音公司签订了合同，为波音787提供排他性的东丽品牌的预浸料。2011年，梦幻飞机787开始运营，它的碳纤维复合材料占比惊人地达到了飞机结构重量的50%。

如今，无论是特斯拉，还是太空探索技术公司SpaceX，其背后作支撑的正是东丽提供的碳纤维材料。而在氢燃料电池领域，日本可不是只有丰田、日产这些汽车制造商在往前冲，尾随其后的还有三菱、东丽等碳纤维生产商，它们的碳纤维增强复合材料（CFRP）为氢瓶提供可靠的材料保障，它们最新俘获的行业粉丝正是美国IV型氢瓶生产商Hexagon Lincoln等。

这是一个产业链条的整体发展，“链条”上每个节点各司其职。这是一个标准的国家齿轮运转，精准传递，各自到位。这是一次特殊的专用赛道，考验一个民族制造的传递性。没有良好的合作精神和健康运转的机制，火种无法成为熊熊大火。

日本标准组织步步紧跟，半步都没有落下。自1975年开始，日本就开始了PAN基碳纤维技术的标准化研究与相关标准的制订。1980年，日本颁布实施了碳纤维性能检测方法标准，既为PAN基碳纤维批量生产和应用搭建了技术准则，又控制了技术发展和市场竞争的主动权，大大提升了日本碳纤维产业界的竞争力。而1977年，日本碳纤维讨论小组本来是作为碳纤维制造商的工业团体成立的，在1988年，该讨论小组扩大并更名为日本碳纤维制造商协会（已于2014年7月并入日本化纤协会）。

日本政府积极营造出一种和平、奋进的社会环境，鼓励基础研究与产业应用相结合，实施“产学官”等创新政策，引导全社会为经济复苏做贡献。东丽则一直在承担政府的项目。2003年以来，政府科技项目“全球变暖技术”和“可持续性材料”计划使东丽可以研究如何将CFRP大规模应用在汽车零部件上。2009年，东丽在汽车底盘前底板的技术方面获得了巨大的成就。

2019年4月，《纺织导报》文章表明，日本政府在“能源基本计划”“经济成长战略大纲”“京都议定书”等多项政策中，指出高性能碳纤维是重点关注领域。日本政府内阁经产省和日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）都全力扶持。实际上，日本一直增大扶持力度，力保碳纤维的领先地位不动摇。自2007年日本将“纤维领域”纳入技术战略地图以来，2008—2012年，NEDO一直在进行可持续超级复合材料的可加工性技术开发。2013年，以碳纤维为重点的新兴材料项目再次升级，预计10年内投入429亿日元，以实现运输工具的轻量化。

除了这些中央政府的政策和财政支持外，近年来日本地方区域政府也加紧了传统纺织产业的转型。转型方向正是碳纤维。日本北方地区的石川县和福井县有很多与纺织产业相关的企业和团体，是日本屈指可数的纺织产业集群。石川县政府通过大型研究开发资助，持续提供各种基金项目，大力鼓励纺织产业向碳纤维复合材料转型。通过引进碳纤维这一项新技术，努力实现产业的升级转换。2015年，福井县的两家公司与县外大型企业共同开发的碳纤维复合材料产品被作为航空发动机零部件，成为全日本的焦点新闻。日本碳纤维的功臣近藤昭男博士在2016年发表的文章中，高度赞扬了日本政府在促进碳纤维技术进步和产业发展中发挥的作用。

回顾日本碳纤维60年的发展史，就像是观看一部剧情片。在一个高科技创新的市场，个人英雄主义的光辉是要得到高度保护的；研发共性技术的院所成为容纳英雄主义的殿堂；不拘一格的技术转让机制，成为制造创新的最好摇篮；永远相信企业家精神，由企业家将创新最终转化为商品；市场可以进行设计和培育，它会引起技术的爆发；军民两用的关键在于军方是否真能让出一块市场；而政府则需要包容机制来推动“产学官”的“产”字当头。

如果转向中国台湾，这里也有一个灰度创新的小插曲。在20世纪80年代，自行车领头羊巨大集团（生产捷安特品牌），打算将碳纤维技术引入自行车行业。这种想法在当时是很疯狂的，自行车行业几乎没有人听说过这项技术。而日本最大的碳纤维生产商东丽，也因为没有自行车制造技术，放弃了开发碳纤维自行车架的计划[18]。把发丝一样粗细的碳纤维制成自行车架，这个重任就落在了巨大集团和中国台湾工业技术研究院（简称工研院）材料研究所的头上。二者从1985年开始联合研发，两年后才开发出商品。但第一批货1000多辆自行车运到了美国却发现产品存在质量问题，只能悉数收回。当着所有员工的面，这些单价几千美元的昂贵的碳纤维新车被挖掘机全部销毁埋入地下。而巨大集团跟工研院的合作仍然选择继续进行下去。这种对灰度创新过程中出现的失败风险的宽容，只有企业家精神才能承受和担当。到了2000年，专业开发碳纤维车架的巨瀚科技子公司成立，标志着中国台湾生产的自行车进入了稳定的成熟期。

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[1]大野健一著. 陈经伟译. 学会工业化：从给予式增长到价值创造[M]. 北京： 中信出版社， 2015.

[2]美国国家三院. Revisiting the Manufacturing USA Institutes： Proceedings of a Workshop （2019）[R]. 美国， 2019： 10.

[3]赵克. 工业实验室的社会运行[M]. 上海： 复旦大学出版社， 2008： 128.

[4]赵克. 工业实验室的社会运行[M]. 上海： 复旦大学出版社， 2008： 125.

[5]Robert Buderi著. 盛逢时译. 企业研究院[M]. 北京： 中信出版社， 2003： 28.

[6]Robert Buderi著. 盛逢时译. 企业研究院[M]. 北京： 中信出版社， 2003： 33.

[7]Robert Buderi著. 盛逢时译. 企业研究院[M]. 北京： 中信出版社， 2003： 44.

[8]Robert Buderi著. 盛逢时译. 企业研究院[M]. 北京： 中信出版社， 2003： 56.

[9]Robert Buderi著. 盛逢时译. 企业研究院[M]. 北京： 中信出版社， 2003： 43.

[10]Vaclav Smil著， 李凤海. 刘寅龙译. 美国制造：国家繁荣为什么离不开制造业[M]. 北京： 机械工业出版社， 2015： 108.

[11]华尔街的良知觉醒： 美国近200 位CEO 齐发声，一个美好的社会比股东利益更重要[EB/OL].[20190819].https：//mp.weixin.qq.com/s/zO4AL-fTby85rQM5B_Mlhw.

[12]W. 爱德华·戴明著. 钟汉清译. 转危为安[M]. 北京： 机械工业出版社， 2016.

[13]William B. Bonvillian， Peter L. Singer著. 沈开艳等译. 先进制造： 美国的新创新政策[M]. 上海： 上海社会科学院出版社， 2019： 47.

[14]美国国家院三院. Revisiting the Manufacturing USA Institutes： Proceedings of a Workshop （2019）[R].美国， 2019： 24.

[15]http：//www.jeccomposites.com/events/jec-asia-2017/jec-asia-business-review/issue-4/carbon-fiber-japan-success-story.

[16]周宏. 高性能纤维产业技术发展研究[M]，北京：国防工业出版社，2018： 83.

[17]http：//www.torayca.com/en/aboutus/abo_002.html.

[18]刘金标口述，尤子彦著. 没有唯一，哪来第一[M]. 北京： 中信出版社， 2016： 68.