近日，韓國曉星開發出超高強度碳纖維，向航空航天材料的國產化又邁近了一步。曉星高新材料(株)10月12日于官網發布，表示成功開發出抗拉強度6.4GPa、彈性模量295GPa以上的“H3065(T-1000級)”超高強度碳纖維。


曉星高新材料(株)一直致力于生產的“H2550（抗拉強度5.5GPa，彈性模量250GPa，T-700級）”碳纖維的強度是鋼的10倍以上，主要用于氫燃料箱、線芯材料、太陽能隔熱材料、體育等用途。相比之下，此次研發的“H3065”碳纖維是一種超高強度特殊碳纖維，強度是鋼的14倍以上。而T-1000級碳纖維更是需要整體工程難度極高的原料聚合/紡紗/燒制等差別化技術。


1、碳纖維到底有多重要？


此次研發的“H3065”碳纖維是一種超高強度碳纖維，強度是鋼的14倍以上，同級別的T1000碳纖維被用于波音新型飛機的機身和零部件、人造衛星、航天運載火箭等航空航天及國防產業等各個領域。


這種超高強度碳纖維被認為是航空工業領域中，開發航空運載火箭和衛星的必需材料。因為與運載火箭使用的鋁等現有材料相比，該材料要輕得多，而且具有更高的彈性和強度，因此可以大限度地減輕運載火箭的重量，并承受高載荷，提高推進力。與此同時，運載火箭能夠通過減輕重量搭載更少的燃料，增加運力。





此外，在國防領域，在發射體上使用碳纖維時，可以大限度地減輕重量，從而獲得提高速度和射程的效果。T1000級碳纖維的聚合、紡紗、碳化等整體工程難度大，技術含量高，過去只有日本和美國才能生產。


科技和產業革命到了現在這種程度，新材料已經成為了一個國家科技創新的先導和基石，每個國家國民經濟的發展、科技創新以及國防建設等方面的衡量指標就是新材料的水平，70%以上新戰略性發展都依靠了新材料。所以中國要從一個制造大國，轉化成一個制造強國更離不開新材料。


2、碳纖維到底有多難造？


碳纖維本身具有非常好的力學性能，它的強度是鋼的10倍，但是它的密度又只有鋼的1/4，也就是說單位重量所體現出來的強度是鋼的40倍，在一定的應用領域里邊就很重要，比如汽車如果能夠減重一公斤，就能夠多跑很多的路，如果是從航空航天來說，一顆衛星能夠減重10公斤，那就不得了的事情。


所以我們就必須要去跟蹤這種生產工藝，而這種生產工藝它本身對我們就是封鎖的，產品有時候都是禁運的。在這種情況下，中國建材從2009年開始就是另辟蹊徑，從研發工作入手，研發高潮的時候，每天研發成本相當于燒掉一輛桑塔納。


通過十幾年的努力才解決了T1000的0到1，之后再從1到100。如果我們不從1到100就轉化不成大面積的生產，也解決不了我們的航空航天上面的材料需求，同時更重要的是能夠推動我們整個國家材料產業的進步。


3、機會在哪里？


對碳纖維性能要求沒那么高的民用領域，才是未來碳纖維的主要增量所在。



就連衡量碳纖維強度的T300、T800、T1000等稱謂，其實原是日本東麗公司的碳纖維型號。由于東麗公司在行業內的地位，導致其無形中演化成類似于某種強度的碳纖維標桿。


時至今日，盡管有國家政策的大力扶持，但國內在碳纖維的質量、技術和生產規模上與國外仍有不小差距，特別是高性能碳纖維技術仍被發達國家所壟斷。


2019 年中復神鷹在國內實現了干噴濕紡 T1000 級超高強度碳纖維工程化，代表著當時高的技術。但T1000只是日本東麗在80年代的制造水平，由此可見在尖端碳纖維技術上，國內與日本仍有數十年的差距。


不過尖端技術對于國內碳纖維企業快速崛起、占領市場并不是很大的障礙。如前文所言，雖然軍工、航空等領域的碳纖維性能更強，價格是普通民用碳纖維的數倍，但其應用規模較小，市場容量有限，企業只能曲高和寡。


對碳纖維性能要求沒那么高的民用領域，才是未來碳纖維市場的主要增量所在，是碳纖維市場的星辰大海。


以風電應用為例，按照維斯塔斯內部的統計，使用碳纖維的拉擠工藝相較于傳統的全玻纖主梁，葉片成本上升10%左右，但是減重效果達到了40%，因而發電效率更高。2021年的風電裝機總量是3萬臺，如果全部都能使用拉擠工藝，需要用到12-15萬噸碳纖維，將超過2021年全球碳纖維的整體市場規模。


因此在民用領域的競爭，碳纖維企業比拼的關鍵在于生產工藝的成熟度（關系到產能利用率）和降低生產成本的能力。


過去幾年，正是碳纖維制造成本的不斷下降，使得其在廣闊的民用領域規?；瘧贸蔀榭赡?。根據海關總署公布的進口碳纖維平均價格，2011-2012年進口碳纖維平均單價最高為3.5萬美元/噸，而截止到2020年進口碳纖維平均單價持續下滑，最低至約1.5萬美元/噸，期間碳纖維單價降幅超過50%。


從更遠的角度看，雖然原油、丙烯、丙烯腈等原材料的漲跌和下游風電等市場的周期性波動，會給碳纖維企業的業績帶來一定的周期屬性。但從更長周期來看，技術升級、降低成本能夠幫助其進一步打開下游的應用場景，實現長期成長。


當然，即使對性能要求不高，碳纖維行業也始終是高門檻的游戲，沒有5-10年技術研發投入與工藝積累，很難實現穩定產業化生產。


此前，國內絕大部分碳纖維企業都經歷過長期煎熬——試生產與穩定期階段生產出的產品難以達標。在行業的高速成長期，誰能夠快速擴產、并完成產品達標，就有望享受更多市場紅利。這更多地取決于碳纖維企業的生產工藝水平與技術積累。





寫在最后


雙碳戰略下，風電、光伏和氫能的發展，開啟了碳纖維從10-100的新階段，促使其快速走向廣闊的民用市場，也給了國內碳纖維企業以新的發展機遇。


2015年-2021年，碳纖維行業國產化率由15%逐漸提升至47%，產能已經占到全球市場約21%的份額。國海證券測算，2025年國內碳纖維需求有望達到15.9萬噸，對應市場空間232億元，已經超過了2021年全球碳纖維的整體市場規模。


在風電、光伏、新能源車等碳中和核心賽道上，我國已經占據了產業鏈的主導位置，而在與其緊密相連的碳纖維賽道，國產碳纖維彎道超車的“奇點”也即將到來。


文章來源： 科技迷你小小生，CCTV對話，巨潮WAVE，DT新材料