曾难住中国制造业的一根“头发丝”,新疆这家企业在技术突破后产品已经供不应求
新材料是指新出现的具有优异性能和特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能明显提高和产生新功能的材料。加快培育和发展新材料产业,对于引领材料工业升级换代,加快战略性新兴产业发展,促进传统产业转型升级具有重要意义。
碳纤维是一种含碳量高于90%的无机纤维,有着轻质高强的力学性能,具备耐高温、耐腐蚀、导电导热性好等多重优势,有着“黑金”的美誉。
在人类利用材料建设生产的历史上,钢铁及其延伸的合金材料一度是现代工业中公认的最坚固的材料,实际上作为结构材料,碳纤维要比钢优秀得多。
在性能上,碳纤维几乎是对钢的降维打击,即使是最低等的碳纤维材料,强度也至少是高强度钢的两倍以上,同时等体积的碳纤维部件重量却只有钢的五分之一左右。
除了可以用于制造人们较为熟悉的高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等器材外,它还被广泛应用于汽车制造、医疗器械、轨道交通、航天航空等重要领域。
一根“头发丝”难住了中国制造业
追溯碳纤维产业历史,中国和美日基本都是起步于1960年代,起初碳纤维的研发用途主要是军事领域,应用在高超音速导弹和航天飞行器上,所以在军事领域,中国的碳纤维技术水平一直不至于处于落后状态。
而在工业和航天领域,自1960年代在日本实验室中发现可以利用聚丙烯腈生产高性能碳纤维,并以此专利发展而来的全球碳纤维绝对龙头日本东丽公司,伙同美国相关企业垄断了全球碳纤维市场近50年。
居高不下的制造成本,是国家和企业还没有大力推广碳纤维的原因之一。
玩运动器械的票友应该都比较了解,同类的自行车、护具只要标明了碳纤维制造,价格常常是同规格产品的3倍甚至十倍以上;或者喜欢钓鱼的钓友也知道,淘宝上大多数的碳纤维鱼竿,一般只有最细最短的鱼竿尖儿才是真正的碳纤维构件。
因为高昂的成本,注定了碳纤维材料是有钱人的玩具,而高昂的成本背后则是美日专利企业的长期的技术垄断。
而国外碳纤维价格高筑的原因,是中国市场缺乏与他们议价的筹码。
因为欧美日的技术封锁和设备禁运,国内缺乏生产同等碳纤维的能力,我们需要对外采购天价的成品,而T800级以上的航空航天级碳纤维甚至工业级的碳纤维都需要得到对方国防和出口专门机构审批通过才能购买。
在一些关键产业,如国产商用大飞机领域,碳纤维材料是命门所在,每年中国都需要对外采购高达千亿人民币以上的碳纤维材料。
如此之难,也不得不买。因为相当长一段时间内,其国产化难度堪比登天。从聚合、纺丝、预氧化、炭化到表面处理、上浆等多个过程,碳纤维整个工艺流程中涉及的技术参数控制点多达3000-5000个,是世界上工艺最长的产业产品。
但是,即使面对着无数座大山,中国碳纤维产业仍然在艰难突破,2022年国产碳纤维供应量达到4.5万吨,虽然目前T800以上的高端线尚不能形成有效产能,但在总体产量上首次高于进口量,成为全球碳纤维产量最高的国家。
利用中国规模庞大的市场和成本优势,实现从底端向高端渗透,在实践中学,边摸索边迭代,这正是中国企业的特点。
从中低端市场快速扩张产量,用累积的产业资金促进研发,以量变推动质变,这是中国企业近五十年崛起的秘诀。
而这个过程,漫长又枯燥,一点都不性感。
聚焦“高精尖”,抢占新赛道
8月15日,由新疆隆炬新材料有限公司与东华大学、上海工程技术大学、新疆大学共同完成的“风电专用碳纤维规模制造关键技术与产业化”项目通过科技成果鉴定,标志着新疆企业在碳纤维新材料技术自主研发上实现新突破,未来碳纤维将迎来更大发展空间。
碳纤维是“新材料之王”,被称为材料领域的“黑色黄金”,48K大丝束碳纤维,是指每一根丝束都有4.8万根纤维,被称作“48K黑金”。
今年上半年,新疆隆炬新材料有限公司48K大丝束碳纤维生产线试车成功,生产出合格产品,该公司成为国内第二家拥有大丝束碳纤维自主生产技术的企业。
千万别小瞧这细细一束,其中包含了4.8万根含碳量在95%以上的碳纤维。它们看似柔软顺滑,实则却是全能选手,不仅强度高、密度低,还耐高温、抗腐蚀,在高铁动车、飞机部件、新能源等领域都能见到碳纤维的身影。
新疆首家碳纤维产品生产企业
作为新疆首家碳纤维产品生产企业,新疆隆炬新材料有限公司当前1号线24k产品年产能为3000吨,生产线满负荷运转,产品供不应求;2号线48k产品即将实现规模化生产。“碳纤维在国内和全球的需求量越来越大。公司将抓紧抓好二期项目的建设,计划再建2个碳纤维车间、4条生产线,形成1.8万吨产能。同时加快产品技术创新和研发平台建设,实现更高品级的T700、T800、T1000、T1100以及高强高模碳纤维的产业化,助力新疆风能、光伏和氢能产业发展,为新疆经济高质量发展作出贡献。”新疆隆炬新材料有限公司副总经理周游说。
随着风力发电、光伏发电以及氢能的快速发展,对碳纤维数量、质量提出更高要求。“风电专用碳纤维规模制造关键技术与产业化”项目针对目前风电用碳纤维不足,开展风电专用碳纤维规模制造关键技术与产业化攻关,项目具有自主知识产权,申请发明专利4件,授权实用新型专利19件,项目产品已经在全球最大的风电碳板生产企业江苏澳盛复合材料科技有限公司大规模应用,满足其大尺度风电用拉挤板的技术要求,为碳纤维在风电行业大规模应用起到示范作用。
“今年3月,2号生产线一次性带料试车成功,生产的大丝束48K碳纤维产品质量已达到国内先进水平,公司也成为国内第二家拥有大丝束碳纤维自主生产技术的企业。这标志着大丝束碳纤维的生产,在我国成功走向规模化和关键装备国产化,真正实现了自主可控。”周游说。
据了解,为了让大丝束碳纤维真正拥有“中国技术”,该企业从装备到工艺为大丝束量身定制了专用生产线,如根据大丝束的要求自行设计氧化炉、碳化炉,不仅成功掌握了控制温度场的关键核心技术,还配置了节能型设计,可实现能源综合利用,达到国内先进水平。“此次48K大丝束碳纤维项目取得重大突破,标志着大丝束碳纤维成功走向规模化和关键装备国产化,真正实现自主可控。”周游说,企业将继续在多种工艺流程实现全面突破,为引领和推动中国碳纤维产业发展作出贡献。
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