又一國產高端材料突圍!終結日本“卡脖子”40年,曾年付20億進口

我國在航空、航天、航海、汽車等領域落後於很多發達國傢,其中有個很重要的原因就是:在材料科學方面的落後。因為關鍵材料不如國外同行,因此產品的壽命、產品的合格率經常被一些國外同行所詬病。

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在復合材料中使用最為廣泛的就是碳纖維復合材料,這種材料具有卓越的比強度、比模具、耐腐蝕、抗疲勞等優異性能,因此應用范圍極其廣泛,尤其是在航空航天領域得到瞭最為廣泛的應用。

作為一個連續11年全世界最大的工業國傢,我國對碳纖維復合材料的需求出現瞭井噴式的增長。然而令人遺憾的是,長期以來我國面臨著碳纖維材料起步晚、技術封鎖等影響,制約瞭我國碳纖維產業的發展。

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然而,在過去的40年裡,日企在全球碳纖維市場中,占據瞭較大市場份額,尤其是以日本東麗和東邦兩傢公司,在中國市場中更是占據壟斷位置,市占份額超過70%,T700S、T800S和T1000等3 種碳纖維原絲是由幹濕法紡絲工藝制備,技術方面領先於全球,因此40年時間裡,中國在碳纖維方面一直被日本卡脖子。

不僅如此,日本為瞭持續賺取巨額利潤,面對中國全面封鎖瞭碳纖維技術,因此在幾十年時間裡,一直未取得突破。不過,中國一直未放棄碳纖維研發,終於在近幾年中國成功攻克技術壁壘,實現碳纖維量產,這意味著中國在又一領域,成功打破瞭日本壟斷局面。

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在幾十年時間裡,中國是如何從被日企卡脖子,實現自主創新的呢?

早在1892年,碳纖維這種特殊材料就已經誕生,發明者正是愛迪生,但由於當時各種技術條件有限,碳纖維材料在性能方面並未展現出優勢。直到1950年代,碳纖維才被大力發展,並應用到航天領域。

伴隨碳纖維材料的大力發展,日本也開始註重碳纖維的原料制取,終於在60年代日本近藤昭男發明瞭聚丙烯腈纖維,並拿下發明專利。日本動力公司當時註意到瞭這項發明,找到近藤昭男拿下瞭商用權,並在70年代推出瞭聚丙烯腈基碳纖維,這款材料推出憑借高性能遠銷海外,一時間日本碳纖維技術名聲大振,也從這時候開始逐步進行壟斷。

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日本東麗公司

事實上,中國對碳纖維方面的研發,和日本是在同一起跑線的,差不瞭幾年。早在1962年,石油吉林石化公司就著手碳纖維技術研發,主要采用PAN原料研制碳纖維。由於60年代技術和科學知識缺乏,因此這項研發並沒有取得什麼成果。

此外,當時在碳纖維研制上,日本、美國是大國,這兩個國傢面對中國都實施瞭技術封鎖,因此當時中國想要在這方面實現突破非常困難。直到70年代,發展航天技術成為瞭國傢重中之重,又再次著手碳纖維研制。不過,這次和上次一樣,研制緩慢不說,還拉開瞭中日碳纖維技術的差距。

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步入21世紀後, 中國碳纖維研制還在緩慢進行,但這些國傢下定瞭決心,將碳纖維列入到瞭重點項目。在註重推動自研工作開展的勇士,還在不斷引進借鑒日本的先進技術。

終於,在研究人員和多傢企業的努力下,中國成功打破日本40多年的壟斷局面,掌握瞭日本東麗公司T300級別的制纖技術,還是日本70年代的技術。

但是國產的T300碳纖維跟國外同類相比,仍然存在原始質量不穩定批次波動大等諸多問題。並且根據研究發現,國產 T300 級碳纖維/雙馬樹脂復合材料層板濕熱性能偏低,界面黏結性能較弱,濕熱處理後吸收的水分主要引起物理變化,而沒有發生明顯的化學變化。

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T300材料在摩托車的應用

直到2016年,對比國產T700 級碳纖維和進口T700S碳纖維/雙馬復合材料的濕熱性能,國產碳纖維復合材料才具備更高的濕熱力學性能。

以此為基礎,中國在制纖技術開始不斷突破,就在2018年,中國碳纖維材料的大廠中復神鷹在T1000級碳纖維工程化取得突破性進展,完全自主研發的百噸級T1000碳纖維生產線實現投產。而且相關產品已經開始用於制造國產戰鬥機的垂尾平尾以及衛星結構。

根據國內專傢相關的研究對比發現,國產t1000級碳纖維在拉伸強度方面已經與進口產品相當,但是部分性能仍然略低於進口產品,不過相差度並不大,基本上已經算是接近最先進的水平。

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從整體來說,中國碳纖維產業發展前景非常明朗,甚至有望在未來取代日本,主要有兩方面原因。

一方面,國產纖維產能高。2005年,國內從事碳纖維產業的公司隻有10傢左右,產能隻能達到全球1%;如今我國出現瞭威海拓展、江蘇恒神、中復神鷹、中華藍星、上海石化等一些知名的PAN碳纖維原絲民營和國營企業,相關產能也已經達到瞭全球15%的規模。

不過相對於國外仍然有較大的差距,主要是因為我國的碳纖維實用的領域仍然是以體育休閑用品為主,應用比例高達77%,而工業領域的應用僅占20%。並且以2019年的數據來看,但我國仍然高達69%的碳纖維來自進口,其中進口量為25840噸,國產量為12000噸。2019年1-12月中國其他碳纖維制品進口金額為31718.2萬美元,合計接近20億元。

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使用碳纖維的外殼的汽車

反觀發達國傢,65%的比例是應用於工業領域,可見在碳纖維設計成型水平、樹脂等配套材料自主供給方面我國仍然有較大的發展受限,需要積極突破。

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