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国产碳纤维产业化之路的思考
中国玻璃纤维复合材料信息网 (cnbxfc.net) 发布日期: 2018-05-08  阅读: 5700  字体:  双击鼠标滚屏
        核心提示:国产碳纤维产业化之路的思考
  最近网上充满了对“芯片之痛”的评论,当然“芯片”之痛主要是电子行业遇到的问题,但类似的核心技术还有很多,芯片的禁令只是提醒人们,不要把它作为个例,也不是只有军品可以成为禁运的对象,即使民用的核心技术照样可以不遵守市场经济的规矩和不用国际贸易法则来解决。因为中国是个正在崛起的大国,在经济发展过程中必然会与美国发生利益冲突,不要总是用意识形态说事(就像有些人在网上说的),在关系到两国利益的时候,这样的禁令随时都会发生,即使中企中距中规也可以找出惩罚你的理由。
 

 
  碳纤维是从“芯片”事件出来后网上议论纷纷的国家另一关键核心材料,因此如何实现碳纤维国产化(包括军用和民用)也是大家议论的重点。本人在碳纤维应用领域耕耘了近40年,在碳纤维企业从事国产碳纤维工业领域应用也已有7年,下面想结合东丽碳纤维产业化之路来谈谈对国产碳纤维产业化之路的一些体会。
  碳纤维在军事装备方面的应用举世皆知,同样碳纤维及其在工业领域(包括民航飞机、轨交和汽车等)的潜在应用也一定会是关键的核心技术,未来上万吨的用量不是痴人做梦,当然在国内将是10-20年以后的事,但在此期间国内碳纤维企业如何作为非常关键?如果无所作为,上万吨的应用将是国外碳纤维厂商的天下,类似的“芯片”之痛将会重现;如果为得到这一市场,国内碳纤维企业将如何度过至少10年的煎熬?碳纤维的产业化之路的艰难和漫长也是所有类似核心技术实现产业化的共同问题,国家可以为两弹一星及大飞机投入上千亿,但如何制定针对核心技术实现产业化过程所需巨量投入的相应政策需要有识之士共献良策。
  关于碳纤维的产业化离不开对国际上碳纤维霸主东丽产业化之路的了解。东丽的碳纤维之路起步于1970年,东丽实现碳纤维量产(十吨级)起步于开发出了钓鱼竿和高尔夫球杆的批量生产, 1975年实现碳纤维在波音737次承力结构的应用则推动了东丽千吨级的量产,上世纪90年代起波音787机体结构50%重量使用碳纤维则推动东丽万吨级的量产,同时真正实现了由长期亏损到稳定盈利的转变,面对汽车领域轻量化的需求东丽更是通过收购Zoltek的举动朝着10万吨级的目标挺进。
  东丽的产业化之路始终与波音公司紧密捆绑在一起,碳纤维的发展离不开波音飞机复合材料结构的批量化生产。在此前几十年东丽的发展过程看出,所谓的第一代碳纤维T300的指标是适应波音的需求提出和实现的,第二代碳纤维T800的指标是波音提出由东丽实现的,第三代T1100的指标也是由波音提出,由东丽实现的。大家在网上纷纷称赞的T1000,东丽于1986年就已研发,但至今很少有人应用,这说明材料部门脱离应用开发的产品并没有产业化前景。还需要关注的是东丽不仅开发出满足工业部门需求的碳纤维,同时也开发出了适用于波音次承力构件用的环氧树脂5208和适用于波音主承力构件的增韧环氧树脂3901和相应的预浸料,同时东丽公司有数百名技术人员常驻波音公司,配合波音公司实现碳纤维的应用,协助波音开发出了制造飞机碳纤维复合材料部件的设计方法和生产工艺。从东丽碳纤维的产业化之路可以发现:
  1上世纪70年代东丽的T300性能不如目前的国产碳纤维,但即使如此用它制造的飞机部件照样安全使用了几十年,而目前东丽T300优于目前国产同类碳纤维的原因是通过长期的使用和生产中,不断改进性能和不断降低成本的结果。
  2 东丽能实现碳纤维产业化,不仅是根据下游客户波音的需求开发出所需性能的碳纤维,同时还提供性能与之匹配的(包括成本和工艺性)的树脂及其预浸料,并在波音长期驻有几百名技术人员协同波音攻关,开发出用其制造部件适用的工艺,实现满足使用要求的复合材料制件的批量生产,从而通过大批量供应预浸料获得丰厚的利润。
  3 东丽从开始碳纤维生产到实现稳定的盈利历经30多年,也就意味着作为东丽公司(碳纤维只是东丽集团的一小部分)的董事长有足够的承受长期亏损的财力和承受外界(包括董事会成员)压力的能力。
  4东丽碳纤维的产业化之路(或稳定的盈利)是伴随着波音民机复合材料结构(机体结构重量的50%)的批量生产同时实现的
  东丽碳纤维的产业化之路给了我们很重要的启示:即国产碳纤维产业化一定是伴随着工业领域复合材料制品的批量生产同时实现的。
  国产碳纤维起步与东丽基本同步,一直没有注重相应产品的开发,故长期停留在少量惨谈经营的状态。上世纪70年代-80年代初,国产军机即已开始在军机上应用碳纤维复合材料,也只是试用一下,我国第一个飞机结构零件——强5进气道壁板(1977年12月28日)试飞成功,并在此基础上开始研发军机复合材料垂尾。期间由于东丽的T300-3k碳纤维始终可以很容易从非正常渠道获得(虽然对中国实行碳纤维禁运的“巴统”协议一直存在),国产碳纤维始终无人问津,所有的军机复合材料部件都均使用东丽的T300碳纤维。
  直至本世纪初,非正常渠道进口的T300突然从市场上“失踪”了,T300-3k市场价格飞涨至8000元/kg仍有价无市(可能与当时的国际形势有关),直接威胁到我国的武器装备生产,在此背景下,我们才开始意识到碳纤维国产化的重要性,开始了一轮碳纤维国产化的高潮,在此轮碳纤维国产化热潮中国内涌现了几十家碳纤维企业,但突破碳纤维技术的长期耗资的属性,只有少数几家民企(都经历了大约10年的长期投入和亏损)脱颖而出,实现了军用装备碳纤维供应国产化。
  但此轮国产化只是解决了军用碳纤维的国产化,虽有个别碳纤维企业能依靠少量军品的高价销售实现盈利得以良性运行,但并没有真正解决整个国产碳纤维行业产业化的问题(军用碳纤维用量仅百吨级),与实现稳定盈利长期生存的目标相距甚远。因此仍必须探讨国产碳纤维的产业化之路,而东丽的产业化之路应是值得借鉴的模式,但与此同时必须意识到国产碳纤维企业与东丽所处环境的差异:
  1 东丽在1970年代与当时其他碳纤维企业处于同样的水平,而国内碳纤维企业目前面临着东丽、赫氏、东邦、三菱等羽翼丰满实力强劲的对手。不像当时波音,是从技术实力相差不大的供应商中选取最优,而目前下游用户可以选实力强大的国外供应商,下游工业碳纤维复合材料制品的产业化可以通过使用国外优质碳纤维来实现,在此背景下国产碳纤维企业必须意识到市场经济的规律。
  2国内碳纤维产业化之路与东丽面对的产业领域不同,东丽面对的是对轻量化有迫切需求的波音飞机结构,其对成本容忍度较高,有军机复合材料结构的研究基础,同时波音系列有多种型号,均已实现批量生产,特别是波音787的结构重量50%使用碳纤维复合材料,目前碳纤维年需求量可达万吨。国产碳纤维面对的国产大飞机主要是C919和CR929两个型号,批产尚待时日,且用量有限,即使10年后也仅千吨量级,个别企业可以此为目标,但不应是国产碳纤维期待的巨大市场。因此国产碳纤维产业化必须选择其他工业领域。
  目前国内已获大量应用的其他工业领域主要是体育休闲、建筑补强领域,风电叶片和压力容器是增长较快的另外两个产业,前者已经基本饱和,后者的原材料和技术基本定型,国产碳纤维进入这些行业基本上只能与国外碳纤维企业打价格战,除非国产碳纤维在碳纤维生产技术方面有革命性突破,做到性能与价格优于国外碳纤维,才可能占领市场,而这不符合国产碳纤维的现状,也不利于国产碳纤维企业的生存。因此碳纤维复合材料实现国产碳纤维产业化必须另辟蹊径,选取尚未大量使用碳纤维,而又有可能大量使用的新的工业领域。
  根据中国制造2025的需求,其中最为看好的领域应当是交通运输车辆的应用,包括轨交、汽车。这些行业与民机不同,民机客户通常具有军机的基础,而这些行业对碳纤维复合材料的认识基本上为零。同时对轻量化必须使用碳纤维的迫切性远不如民机,民机是在大量使用最轻的铝的基础上讨论轻量化,而这些行业是在使用钢材的基础上讨论轻量化,除碳纤维之外有很多其他的选择。所以在借鉴东丽模式的同时要意识到国产碳纤维企业必须向下游用户提供更多全方位的技术支持,并鉴于这些领域对成本的可接受性必须对现有的复合材料技术基础进行革命性的创新。
  在这样的背景下,国产碳纤维企业的出路在哪里?钱云宝先生在创建恒神公司时的“全产业链碳纤维企业”理念值得碳纤维同行借鉴,即恒神公司不仅是碳纤维生产企业,而且更是提供从碳纤维(包括织物)—中间产品(树脂和预浸料)—复合材料产品开发技术服务(包括设计分析、成型工艺与制造)一条龙服务的全产业链碳纤维企业。这样做的好处是在客户有需求但没有能力的前提下,使用本企业生产的性能略差的碳纤维来提供符合用户需求的预浸料原料,最终通过自主的设计和工艺来开发出满足用户要求可以实现批生产的复合材料产品,一旦实现复合材料制品批量化生产,可以保证本企业生产的碳纤维大量销售,在为用户实现复合材料制品产业化的同时实现本企业生产碳纤维的大规模生产和销售,同时使得本企业的碳纤维品质在生产和使用过程中不断提升。
  对此恒神公司的10年实践已初步见证了这一理念的正确性,最好的例证是恒神公司与长客共同研发的国际上个19米长全碳纤维复合材料地铁车厢。当然钱云宝的理念曾被当做唐吉坷德式的笑谈,确实它比单纯只生产碳纤维耗资要多,耗时要长,难度增加不是一点点,但确实已看到了成功的曙光,可惜钱云宝英年早逝,没有看到恒神梦的实现,但他的尝试是后人可以借鉴的宝贵财富。
  恒神全产业链的理念很难复制,他毕竟只是凭借一己之力,去做国家和整个行业要做的事,只有像钱云宝这样个别人可以去做,但他的这种理念应该可以通过其他形式发扬光大,可喜的是从碳纤维界发布的各种各样信息的披露中这一理念已被越来越多的企业家接受。
  总之国产碳纤维的产业化之路有下列两点值得关注:
  1 不论是哪种形式,国产碳纤维企业必须具有全产业链,资金雄厚,可以以全产业链碳纤维企业与下游用户结盟的形式实现产业化,或者由下游用户牵头组成包括碳纤维、树脂、预浸料、设计分析、复合材料制件生产、生产设备等企业共同组成的紧密合作实现共赢的全产业链企业群,在实现某个工业领域复合材料产品(部件或工业产品)批量化生产的同时实现国产碳纤维产业化,使得碳纤维企业实现稳定性长期盈利。
  2 必须意识到实现国产碳纤维产业化一定是需要经历至少10年漫长而耗费巨资长期亏损的事业,这只有具有长远眼光财力雄厚的企业集团才可能胜任。

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信息来源:恒神股份
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