近日，韓國曉星開發(fā)出超高強(qiáng)度碳纖維，向航空航天材料的國產(chǎn)化又邁近了一步。曉星高新材料(株)10月12日于官網(wǎng)發(fā)布，表示成功開發(fā)出抗拉強(qiáng)度6.4GPa、彈性模量295GPa以上的“H3065(T-1000級)”超高強(qiáng)度碳纖維。


曉星高新材料(株)一直致力于生產(chǎn)的“H2550（抗拉強(qiáng)度5.5GPa，彈性模量250GPa，T-700級）”碳纖維的強(qiáng)度是鋼的10倍以上，主要用于氫燃料箱、線芯材料、太陽能隔熱材料、體育等用途。相比之下，此次研發(fā)的“H3065”碳纖維是一種超高強(qiáng)度特殊碳纖維，強(qiáng)度是鋼的14倍以上。而T-1000級碳纖維更是需要整體工程難度極高的原料聚合/紡紗/燒制等差別化技術(shù)。


1、碳纖維到底有多重要？


此次研發(fā)的“H3065”碳纖維是一種超高強(qiáng)度碳纖維，強(qiáng)度是鋼的14倍以上，同級別的T1000碳纖維被用于波音新型飛機(jī)的機(jī)身和零部件、人造衛(wèi)星、航天運(yùn)載火箭等航空航天及國防產(chǎn)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。


這種超高強(qiáng)度碳纖維被認(rèn)為是航空工業(yè)領(lǐng)域中，開發(fā)航空運(yùn)載火箭和衛(wèi)星的必需材料。因?yàn)榕c運(yùn)載火箭使用的鋁等現(xiàn)有材料相比，該材料要輕得多，而且具有更高的彈性和強(qiáng)度，因此可以大限度地減輕運(yùn)載火箭的重量，并承受高載荷，提高推進(jìn)力。與此同時(shí)，運(yùn)載火箭能夠通過減輕重量搭載更少的燃料，增加運(yùn)力。





此外，在國防領(lǐng)域，在發(fā)射體上使用碳纖維時(shí)，可以大限度地減輕重量，從而獲得提高速度和射程的效果。T1000級碳纖維的聚合、紡紗、碳化等整體工程難度大，技術(shù)含量高，過去只有日本和美國才能生產(chǎn)。


科技和產(chǎn)業(yè)革命到了現(xiàn)在這種程度，新材料已經(jīng)成為了一個(gè)國家科技創(chuàng)新的先導(dǎo)和基石，每個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技創(chuàng)新以及國防建設(shè)等方面的衡量指標(biāo)就是新材料的水平，70%以上新戰(zhàn)略性發(fā)展都依靠了新材料。所以中國要從一個(gè)制造大國，轉(zhuǎn)化成一個(gè)制造強(qiáng)國更離不開新材料。


2、碳纖維到底有多難造？


碳纖維本身具有非常好的力學(xué)性能，它的強(qiáng)度是鋼的10倍，但是它的密度又只有鋼的1/4，也就是說單位重量所體現(xiàn)出來的強(qiáng)度是鋼的40倍，在一定的應(yīng)用領(lǐng)域里邊就很重要，比如汽車如果能夠減重一公斤，就能夠多跑很多的路，如果是從航空航天來說，一顆衛(wèi)星能夠減重10公斤，那就不得了的事情。


所以我們就必須要去跟蹤這種生產(chǎn)工藝，而這種生產(chǎn)工藝它本身對我們就是封鎖的，產(chǎn)品有時(shí)候都是禁運(yùn)的。在這種情況下，中國建材從2009年開始就是另辟蹊徑，從研發(fā)工作入手，研發(fā)高潮的時(shí)候，每天研發(fā)成本相當(dāng)于燒掉一輛桑塔納。


通過十幾年的努力才解決了T1000的0到1，之后再從1到100。如果我們不從1到100就轉(zhuǎn)化不成大面積的生產(chǎn)，也解決不了我們的航空航天上面的材料需求，同時(shí)更重要的是能夠推動(dòng)我們整個(gè)國家材料產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。


3、機(jī)會(huì)在哪里？


對碳纖維性能要求沒那么高的民用領(lǐng)域，才是未來碳纖維的主要增量所在。



就連衡量碳纖維強(qiáng)度的T300、T800、T1000等稱謂，其實(shí)原是日本東麗公司的碳纖維型號。由于東麗公司在行業(yè)內(nèi)的地位，導(dǎo)致其無形中演化成類似于某種強(qiáng)度的碳纖維標(biāo)桿。


時(shí)至今日，盡管有國家政策的大力扶持，但國內(nèi)在碳纖維的質(zhì)量、技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模上與國外仍有不小差距，特別是高性能碳纖維技術(shù)仍被發(fā)達(dá)國家所壟斷。


2019 年中復(fù)神鷹在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了干噴濕紡 T1000 級超高強(qiáng)度碳纖維工程化，代表著當(dāng)時(shí)高的技術(shù)。但T1000只是日本東麗在80年代的制造水平，由此可見在尖端碳纖維技術(shù)上，國內(nèi)與日本仍有數(shù)十年的差距。


不過尖端技術(shù)對于國內(nèi)碳纖維企業(yè)快速崛起、占領(lǐng)市場并不是很大的障礙。如前文所言，雖然軍工、航空等領(lǐng)域的碳纖維性能更強(qiáng)，價(jià)格是普通民用碳纖維的數(shù)倍，但其應(yīng)用規(guī)模較小，市場容量有限，企業(yè)只能曲高和寡。


對碳纖維性能要求沒那么高的民用領(lǐng)域，才是未來碳纖維市場的主要增量所在，是碳纖維市場的星辰大海。


以風(fēng)電應(yīng)用為例，按照維斯塔斯內(nèi)部的統(tǒng)計(jì)，使用碳纖維的拉擠工藝相較于傳統(tǒng)的全玻纖主梁，葉片成本上升10%左右，但是減重效果達(dá)到了40%，因而發(fā)電效率更高。2021年的風(fēng)電裝機(jī)總量是3萬臺，如果全部都能使用拉擠工藝，需要用到12-15萬噸碳纖維，將超過2021年全球碳纖維的整體市場規(guī)模。


因此在民用領(lǐng)域的競爭，碳纖維企業(yè)比拼的關(guān)鍵在于生產(chǎn)工藝的成熟度（關(guān)系到產(chǎn)能利用率）和降低生產(chǎn)成本的能力。


過去幾年，正是碳纖維制造成本的不斷下降，使得其在廣闊的民用領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用成為可能。根據(jù)海關(guān)總署公布的進(jìn)口碳纖維平均價(jià)格，2011-2012年進(jìn)口碳纖維平均單價(jià)最高為3.5萬美元/噸，而截止到2020年進(jìn)口碳纖維平均單價(jià)持續(xù)下滑，最低至約1.5萬美元/噸，期間碳纖維單價(jià)降幅超過50%。


從更遠(yuǎn)的角度看，雖然原油、丙烯、丙烯腈等原材料的漲跌和下游風(fēng)電等市場的周期性波動(dòng)，會(huì)給碳纖維企業(yè)的業(yè)績帶來一定的周期屬性。但從更長周期來看，技術(shù)升級、降低成本能夠幫助其進(jìn)一步打開下游的應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)長期成長。


當(dāng)然，即使對性能要求不高，碳纖維行業(yè)也始終是高門檻的游戲，沒有5-10年技術(shù)研發(fā)投入與工藝積累，很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。


此前，國內(nèi)絕大部分碳纖維企業(yè)都經(jīng)歷過長期煎熬——試生產(chǎn)與穩(wěn)定期階段生產(chǎn)出的產(chǎn)品難以達(dá)標(biāo)。在行業(yè)的高速成長期，誰能夠快速擴(kuò)產(chǎn)、并完成產(chǎn)品達(dá)標(biāo)，就有望享受更多市場紅利。這更多地取決于碳纖維企業(yè)的生產(chǎn)工藝水平與技術(shù)積累。





寫在最后


雙碳戰(zhàn)略下，風(fēng)電、光伏和氫能的發(fā)展，開啟了碳纖維從10-100的新階段，促使其快速走向廣闊的民用市場，也給了國內(nèi)碳纖維企業(yè)以新的發(fā)展機(jī)遇。


2015年-2021年，碳纖維行業(yè)國產(chǎn)化率由15%逐漸提升至47%，產(chǎn)能已經(jīng)占到全球市場約21%的份額。國海證券測算，2025年國內(nèi)碳纖維需求有望達(dá)到15.9萬噸，對應(yīng)市場空間232億元，已經(jīng)超過了2021年全球碳纖維的整體市場規(guī)模。


在風(fēng)電、光伏、新能源車等碳中和核心賽道上，我國已經(jīng)占據(jù)了產(chǎn)業(yè)鏈的主導(dǎo)位置，而在與其緊密相連的碳纖維賽道，國產(chǎn)碳纖維彎道超車的“奇點(diǎn)”也即將到來。


文章來源： 科技迷你小小生，CCTV對話，巨潮WAVE，DT新材料