我國碳纖維復合材料技術的發展前景:未來五年有望達到國際先進水平

    近年來,“碳纖維”已經逐漸成為汽車產業的熱門詞匯。隨著環保和節能的需要,汽車的輕量化已經成為世界汽車發展的潮流,而兼具質輕、安全、經濟特點于一身的碳纖維復合材料無疑成為香餑餑。經過50多年的發展,碳纖維技術開始成熟,大規模應用時機已經到來。919日,在第十三屆汽車輕量化大會暨展覽會間隙,中國工程院院士、中國石化儀征化纖股份有限公司顧問蔣士成在接受《中國汽車報》的專訪時,明確表示十分看好我國碳纖維復合材料技術的發展前景,直言:“此前碳纖維技術一直被美國和日本等國壟斷,但由于我國政府的高度重視,和科研院校、企業等多方面的努力,我國自主研發的碳纖維產品幾乎涵蓋所有的型號,尤其是國防和航空航天領域的尖端種類均已實現。”因此,他相信5年之后我國碳纖維技術不僅可以達到國際先進水平,甚至可以趕超國外。

有質有量,碳纖維發展勢頭強勁

    據了解,碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度高模量纖維材料,因其優異的特性被廣泛應用。蔣士成談到,除了國防和軍事領域,事實上碳纖維復合材料已經開始廣泛應用在各行各業當中,包括交通領域的飛機、高鐵和汽車等,還有能源領域的風力發電機的風葉,此外還有很大一部分應用在體育用具等產業,例如高爾夫球桿、釣魚竿和其他體育產品等。當然,隨著汽車行業輕量化的發展,碳纖維材料在汽車領域的應用也越來越多。眾所周知,新能源汽車已經進入快速發展的階段,而目前消費者對純電動汽車最大的障礙之一應該就是里程焦慮的問題,為了更有效的提高純電動汽車的續駛里程,車身的輕量化就至關重要。在新能源汽車中,氫燃料電池汽車被稱為是真正零排放的環保汽車,但是這類車的一大問題就是氫氣的安全問題,對此,碳纖維材料也能起到關鍵的作用,蔣士成提到用來儲存氫氣的高壓儲氣罐正好可以使用碳纖維材料,從而更好地保證儲氣罐的安全。

碳纖維在汽車業領域仍面臨4大難題

    蔣士成坦言,我國碳纖維材料在汽車領域的發展還面臨四方面的問題,首先是相關的成型設備,由于碳纖維材料不同于傳統的汽車材料,要想實現真正的工業化就需要連續化和自動化的生產設備,這一方面需要我們加快相關設備的自主研發,另一方面需要將國外先進的技術同國內的技術相結合。第二,碳纖維材料并不能直接應用在汽車上,還需要一些工藝同其他復合材料相結合,例如復合材料的快速成型工藝,只有實現這些技術才能加速發展。第三,整個碳纖維材料數據庫的建立和設計工作,碳纖維復合材料作為一種新型材料,從物理指標上講是各向異性的,因此就需要積累最基本的數據庫,找到它的規律并且建立起一系列標準和體系,目前這一方面是汽車行業較為薄弱的領域。第四,碳纖維復合材料相關人才面臨緊缺的狀況。

顛覆傳統汽車工藝,引領汽車業的“二次革命”

    在國內外的車企當中,已經有一些車企將碳纖維材料應用到了汽車當中,但是大規模的應用并不多。蔣士成用一組數據說明了這一問題:目前全球碳纖維的總產能大約為9萬噸,其中我國能夠達到2萬噸;我國在碳纖維的使用量方面增長速度逐年提升,從此前的年增長3000噸到5000噸,再到最近的增長量已經達9000噸。不過,雖然我國碳纖維產量逐年提高,但還是無法滿足我國碳纖維的需求量,超過2/3仍需要進口。這其中,在汽車行業的用量就更少,僅為700多噸,僅占總數的3%左右。

    不過,蔣士成認為未來輕量化將是汽車行業的趨勢,一旦碳纖維復合材料能夠大規模用在汽車的零部件或者整車廠,它的加工工藝完全是一個全新的制造工藝,甚至將顛覆現有的汽車傳統工藝。他表示,碳纖維在汽車輕量化上的應用,將改變汽車生產組織模式,傳統的四大工藝將被新四大工藝(模壓、膠結、噴涂、總裝)取代。

上海大力打造碳纖維產業生態圈,引領產業發展

    上海正在金山區打造產學研用一體化碳纖維產業生態圈。記者從2019浦江創新論壇——碳纖維復合材料產業創新發展高峰論壇上獲悉,在引進新材料產業龍頭企業、科研機構和上下游配套項目的基礎上,上海金山碳纖維復合材料相關產業規模力爭在2035年達到400億至500億元左右,建成具有全球競爭力的碳纖維復合材料研發及產業化示范基地。

    碳纖維,因其具備高強度、高模量、密度小、耐急冷、急熱、耐酸、耐油、耐腐蝕等優異性能,被譽為新材料領域“皇冠上的明珠”,是航空航天、軌道交通、船舶車輛、新能源等諸多高端制造業領域不可或缺的關鍵材料。

    上海已在金山建立碳纖維復合材料創新研究院,由金山區政府、上海石化、上海電氣集團、東華大學、中國商飛等9家單位聯合發起成立,將開展前瞻技術與創新應用研究,建設信息服務、設計服務、科研服務、工程服務四個中心,提供產業鏈各環節研發與轉化技術服務,加速“孵化”科研成果和技術產品,通過集聚國內外一流科研團隊,瞄準一批行業急需突破的核心關鍵技術進行“破冰”攻堅,支撐引領碳纖維產業的發展。

    上海金山區委書記趙衛星說,上海金山是打響“上海制造”品牌的重要承載區,碳纖維是著力發展的戰略性新興產業之一,將整合長三角產業資源,重點突破碳纖維產業“卡脖子”的關鍵技術,創新下游重點領域的應用。此次最新共有15個相關項目簽約落戶上海金山,其中產業類項目5個,計劃總投資約70億元,包括上海石化年產1.2萬噸48K大絲束碳纖維項目,將為下游應用提供充足原料。

    上海金山將設立碳纖維復合材料產業發展專項基金,重點支持共性關鍵技術、重大應用技術的突破,以及碳纖維重點產業項目建設。同時,鼓勵金融機構在與碳纖維復合材料產業相關的技術交易、交叉持股與企業兼并等領域提供各類金融服務。引入風險投資資金設立碳纖維產業孵化基金,根據企業不同發展階段的特點和需求,幫助企業對接適合的風險資本,拓寬融資渠道,保障產業發展的資金需求。

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