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突破美日宇航级高能碳纤维的技术封锁国产厂商破茧而出

发布日期:2021-11-22 21:12   来源:未知   阅读:

  广西创新驱动发展成果展启动 防城港市科技创,大家还记得俄罗斯的大飞机MC-21,被美国赫氏和日本东丽,断供T800碳纤维的事件吗?我们的大飞机C919,用的也是进口T800高能碳纤维,所以我们也面临着同样的断供风险,与此同时,以中简科技为代表的国产碳纤维厂商,率先打破了美日等国,对宇航级碳纤维的技术装备封锁,为国产化替代时刻准备着。

  碳纤维是战斗机、大飞机、战略导弹、火箭、卫星、舰船等尖端武器装备必不可少的战略物资,是国外长期技术封锁和产品垄断的敏感材料。而此时你看到的,就是中国首个高档碳纤维万吨生产基地,攻克了高性能碳纤维的稳定量产化技术,同时该项目的生产设备基本实现国产化替代,进一步缩小了中国碳纤维行业与日本东丽的差距。今天就来和大家聊一下,国产碳纤维的真实水平,现在我们到底有没有能力完成国产化替代。

  首先碳纤维在航空航天领域的主要作用就是减重,在同等载荷情况下,使用先进的航空钛合金,能够实现 31.2%的减重,而碳纤维增强复合材料的减重比例,达到了85.2%。我拿战斗机给大家举个例子,让大家看看碳纤维复合材料到底有重要,军迷都晓得,衡量一台战斗机性能怎么样,主要就是看这5个核心指标,发动机推重比、巡航速度、作战半径、机动性能、还有有效载荷。推重比越大,飞机就越有升力,在空中的格斗性能也就越好。而发动机大量使用碳纤维复合材料,就可以让发动机减重,从而进一步提高发动机的推重比。同样的道理,战斗机机身大量使用碳纤维复合材料,可以降低机身的结构重量、节省燃料,从而提高飞机的巡航速度、作战半径、机动性能和有效载荷。

  目前碳纤维复合材料的用量,已经成为衡量一架战斗机先进程度的重要指标。就比如说我们的20,现在使用碳纤维复合材料的比例,已经到27%了,F22的比例是24%,F35的比例在35%,B2隐身战略轰炸机的比例超过50%,美国全球鹰无人机的比例在65%,甚至在X-45C、X-47B、“神经元”、“雷神”上的比例,已经达到了90%。放到我们的东风快递上也是一样的道理,可以让导弹飞得更高,打得更远。

  目前的碳纤维市场主要被美日德垄断,全球主要的三家龙头,日本东丽TORAY、美国赫氏Hexcel、还有德国SGL。网上很多人有个认知误区,都以为碳纤维技术起源于日本,其实真正的幕后技术大牛是英国。碳纤维及其高性能化的基础科学研究,起源于美国。但是美国对碳纤维的研究,一直都集中在人造丝基上,错过了性能最好的PAN基碳纤维的发展,而英国恰恰是PAN基碳纤维技术的领头羊,但是由于英国罗罗,把这个当时全球最先进的碳纤维技术,应用在了难度最高的发动机叶片上,结果失败了,这就导致英国碳纤维,一直都没什么机会实现真正的商业化。

  在找不到应用场景之后,英国只能把这个最牛逼的技术,澳门精准三肖三码四不像,高价转让给了美国和日本。而日本东丽强就强在,它绕过最复杂的应用场景,航空航天领域,直接在民用市场率先开始应用,比如说碳纤维钓鱼竿。而美国凭借波音飞机碳纤维的应用也打开了市场,这时候美国碳化物公司和日本东丽,签订了技术互换协议,自此两家公司,同时拥有了高性能碳纤维生产的全过程技术。所以说,英国研制碳纤维发动机叶片的失败经验,告诉我们一个道理,人生有许多条路可以走,但千万不要一条路走到黑,即便你一身本领、满腹才华,最后也可能摔的头破血流。其实英国和美国都有点一根筋,日本懂得变通。

  接下来说一下国内的发展现状,国内碳纤维产业链起步较晚,2000年之后才开始发展,2005年,国外开始对中国进口小丝束碳纤维进行封锁,小丝束碳纤维主要用于航空航天领域,所以这时候就开始了军工碳纤维的国产化之路,这几年高性能碳纤维核心技术的突破,让我们的战斗机终于用上了国产碳纤维。目前国内碳纤维行业最具代表性的企业有五家,中简科技、光威复材、中复神鹰、吉林化纤、还有江苏恒神。其中吉林化纤是国内的原丝龙头。航空航天军工碳纤维,主要由光威复材和中简科技提供。

  碳纤维分成T级和M级两种,T级追求的是强度,M级追求的是韧度。目前国际上T1100水平的碳纤维,国内仅中简科技的部分产品,可以达到与美日的同等水平。宁波材料所,攻克了M65J级高模碳纤维的关键技术,但是这两家的批量供货能力,还是与国外存在客观差距。其实在大部分领域,T400 级别的碳纤维,就已经可以满足性能要求了。也就航空航天等高端军工领域,需要用到T800级或更高级别的碳纤维。而国产的T400、T700都可以做到稳定批量供货,所以国产化替代的前景,在我看来还是一片光明的。

  总体来看,我们还处在一个过渡阶段,基本实现了从无到有的突破,美日的研发进度,肯定是要比我们超前好几年的,所以代差也是客观存在的。不过我刚才也说了,现在的国产碳纤维级别,基本是能满足航空航天等军工领域的需求的,我们现在首要解决的问题,就是高级别碳纤维稳定批量的出货能力,比如说T800、T1100、M65J等。 以前因为无法稳定批量生产,导致资金链断裂破产的企业有很多,以前有40多家,现在只剩下十多家了。给大家念一组数据, 就知道我为什么老是强调稳定批量的生产能力了。

  2019 年,中国碳纤维产能为 2.685万吨,实际产量只有1.2 万吨, 产能利用率44.69%。2020年,中国碳纤维的产能为3.62万吨,而实际产量约为1.85万吨,产能利用率达51%,虽然目前的产能利用率,依然低于国际水平,但是好在发展势头良好,让人有个盼头。对比19年,我们提升了6.31%,这就说明差距是在不断缩小的。而且我们在某些应用领域也是比国外超前的,比如说中车研发的全球首款碳纤维地铁CETROVO,车重从最初的二十多吨,压缩到现在的七八吨。

  有了国产碳纤维复合材料,还需要配套加工设备,才能造出相应的部件。所以这时候自动铺带ATL和自动铺丝设备AFP就派上用场了。目前这种高端铺放设备的技术,被美国,西班牙,法国垄断。国产铺丝机的铺丝头等关键功能部件,还是依赖进口,咱们要想在今后的发展中迎头赶上,还是需要持续加大对相关产业的支持力度,加强对复合材料应用技术的研究。

  总之,我个人对国产碳纤维的替代前景,还是比较乐观的,不说别的,你看看C919大飞机和ARJ21,目前已经有1400多个订单了,到时候将产生将近1400吨的碳纤维复材需求,国产厂商,是有机会借着国内巨大的内需,实现跨越式发展的。

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