沈真:国产碳纤维的出路 - 中国粉体网

2018-05-31 04:37:03 0

中国粉体网讯  在2018SAMPE年会上与多位同行谈论“全产业链”,发现很多人误解了钱云宝先生的“全产业链”,认为钱云宝先生要包打天下,把下游产品通吃,也因此影响了对“全产业链”含义的正确对待。特别是有些碳纤维企业的大佬认为“全产业链”需要花费巨资,作为碳纤维企业,做好碳纤维已经无暇自顾,遑论全产业链了。注意,钱云宝的全产业链含义:建立“碳纤维-织物-树脂-预浸料-设计与产品开发服务”的完整产业链 ,落脚点是设计与产品开发服务,通过所开发产品的大批量生产(谁负责批量化生产根据具体情况再定)实现恒神原材料的大批量销售,首先不是以恒神大批量生产复合材料制件为目的。

还是回到东丽发展的初期,东丽开发碳纤维高尔夫球杆的过程,就是由设计师和工艺师(是否是东丽雇员并不重要),按照东丽碳纤维及其预浸料的性能,开发出制造高尔夫球杆的工艺,生产出优于金属球杆的产品,使之成为市场上的畅销产品,实现了东丽碳纤维的第一桶金,70年代初东丽的碳纤维性能和质量真有那么好吗?

林刚在“2017全球碳纤维复合材料市场报告”中给出国内大陆消耗碳纤维总量为17500吨,其中体育休闲、风电叶片和建筑补强用量10860吨,占比62%,其中的高端应用,包括目前急速增长的液氢燃料压力容器,所用碳纤维主体是东丽和台塑的产品,而国产(台塑除外)碳纤维虽供应了7400吨,绝大部分以低价(低于成本价)用于低端应用,即使少量在工业领域的高端应用,也只有微薄的利润。究其原因,国内的工业领域高端应用产品均采用国外(包括台湾地区)的材料规范和制造工艺,原料来源和价格和产品价格均掌握在国外厂商手中,国外复合材料厂商掌握着产品的开发权(核心技术)和定价权,国内复合材料厂商只是来料加工,凭借低廉的劳动力成本赚取辛苦费。国产碳纤维的性能与质量必须与国外碳纤维等同,价格低于国外碳纤维才有可能用于这些高端产品,也就是说只能从加工商那点微薄的利润中分得一杯羹,这就是国产碳纤维卖“白菜价”的原因。

最近一则“让总理沉重凝视的丰田新能源牛车竟然这么多地方用到碳纤维”的消息在网上疯传,丰田汽车放言将以中国对新能源汽车的要求进行生产,并在中国市场大量供应,有网友问道,这是好事还是坏事,我的答案对国产碳纤维企业绝对是坏事,因为丰田新能源汽车在国内市场大量销售之时,国产碳纤维将依然卖“白菜价”,因为丰田掌握着新能源汽车的开发权和定价权,即使在国内大量生产,其中的碳纤维制品一定是按其开发所用碳纤维的性能设计,并由其开发的制造工艺生产的,国产碳纤维的性能与质量必须与开发所用国外碳纤维等同,价格低于国外碳纤维才有可能使用。

因此国产碳纤维的出路一定要掌握复合材料产品的开发权,产品开发的思路是“设计是主导,材料是基础,制造是关键”,空有材料,没有人用它设计产品,材料的性能一点价值都没有,光有材料,没有适用的低成本制造方法也不可能生产出被市场接受的产品;如果掌握了产品开发权,材料性能略差一些又有何妨。用户只关心复合材料产品是否满足我的要求,只关心产品价格是否可以接受,根本不关心原材料性能是否达标(所谓的达标是设计师规定的),原材料如何昂贵。因此在碳纤维大规模应用的下一个领域:交通运输车辆,国产碳纤维能否实现产业化的关键是能否掌握下一代复合材产品的开发权和定价权,即是否能用国产碳纤维和自主开发的创新制造工艺,自主开发出被市场接受的碳纤维复合材料交通运输车辆。

对于复合材料结构交通运输车辆的开发思路,我同意珠海银隆新能源乘用车研究院刘智慧院长的看法,首先要做的事并不是开发各种复合材料车辆部件,而是首先研究车辆结构的构成。与飞机结构不同,飞机结构可以使用全碳纤维结构部件,由于对成本可接受的程度不同,交通运输车辆不宜采用全碳纤维结构,宝马的i3系列探索的经验教训值得我们借鉴,即要将不同的结构材料用到该用的地方,因此首要的事情一定是分析各种不同材料的应用部位及其组合方式,确定碳纤维复合材料适用的部位及不同材料结构的连接方式。当然在开始阶段研发全碳纤维车辆结构可能是无法绕过的阶段,只有研发并试用全碳纤维复合材料车辆才可能确定碳纤维复合材料的适用方式,然后才是针对那些部位进行低成本攻关。


在此需要重申1996年由美国科学院和工程院下属的先进民用飞机新材料专业委员会编制的《下一代民用运输机用的新材料》中指出要点:“虽然复合材料的市场销量增长缓慢往往归因为原材料的高成本,但材料成本实际上仅占复合材料构件总成本的8%~10%。事实上工艺制造成本是总成本中最高的单项成本。过去性能因素推动着复合材料在航空航天中的应用研究,但近年来成本则起到了更大的作用。这样,开发下一代民用运输机工艺的一个基本准则是低成本制造的可能性。委员会相信,在可预见的将来,发展趋势是不断开发低成本的制造工艺。”低成本的主要途径一定是开发出创新,且适用于这一行业的制造工艺和方法。大家可以回顾迄今为止所有的复合材料制造工艺,哪一项是由国内开发的?如果没有制造工艺的创新,交通运输车辆就不可能复合材料化。风电叶片使用碳纤维始终没有大的突破,近年来碳纤维梁得到了大量应用,其主要原因是VESTAS开发出了梁缘和梁腹板的拉挤工艺,大大降低了成本,但VESTAS获得了新工艺带来的丰厚利润,中国的制造商只是喝了点汤,国产碳纤维企业则只能去拼价格优势。

结论就是只有你掌握了复合材料产品的开发权(设计和制造工艺),才有可能用性能与质量略低于国外产品的国产碳纤维,生产出被用户接受的复合材料给结构交通运输车辆,因此国内碳纤维企业必须形成碳纤维复合材料的“全产业链”,国产碳纤维才有产业化的前景。当然“全产业链”可以是与下游用户紧密结合的“全产业链”的碳纤维企业,也可以是由下游用户牵头的碳纤维复合材料全产业链企业联盟。

其实“全产业链”的概念可大可小,大到由国家或下游产品的大型企业牵头的“全产业链”,小到碳纤维企业的“全产业链”(例如恒神)。大产业链可以开发全局性的轨道交通车辆或汽车,后者可以只开发一些小型复合材料部件,通过一个一个碳纤维复合材料产品的开发,把自产的碳纤维变成批量化产品销售,而不会以“白菜价”出售碳纤维。恒神近年来已陆续开发出一些可以被用户接受的复合材料制品,当然还不多,但已开始尝到甜头。积跬步行千里,碳纤维企业只有通过持续不断的生产和使用,才能将自身的碳纤维产品性能与质量不断提高。

SAMPE大陆总会从去年起开始组织电池盒的DIY大赛,其宗旨是在追求轻量化的同时考量低成本,同时对在设计、选材和制造工艺方面有奇思妙想的作品予以奖励,其记分规则是在满足载荷与变形要求的前提下重量最轻者计60分,成本最低者(由专家按批量化生产成本来评定)计30分,有奇思妙想者计5分,外观即5分。比赛的目的就是希望碳纤维复合材料从业者(包括学生和企业的技术人员)在开发阶段有成本意识,同时鼓励从业者突破现有的思维方式,提出创新的设计、选材和制造方式,从而为国产碳纤维产业化做点力所能及的小事。比赛只举行了两届,参赛人员还没有完全接受这一理念,但已有了可喜的进展,例如今年的第一名就不是重量最轻的参赛队。

作者简介:

沈真,中国复合材料学会荣誉理事、SAMPE北京分会副主席、江苏恒神股份有限公司高级顾问。

主要研究领域:复合材料结构强度设计和力学性能表征技术研究。

曾在英国帝国理工学院、德国宇航研究院、意大利都灵工业大学、澳大利亚悉尼大学等国外知名院校从事复合材料力学研究工作。

在40多年的科研工作中曾长期担任国防重点预研课题的负责人,参与了迄今为止几乎所有飞机复合材料结构的研制。同时在国内外的重要刊物和学术会议上发表100多篇论文,先后主持编写了多部专著和20多项国标、国军标、航空行业标准,主持翻译了大量国外文献。同时参与编写了多部学术专著。

多年来共获国家科技进步二等奖1项、部级科技进步一、二、三等奖共18项,2001年被评为中国人民解放军总装备部1996~2000年预研先进个人,2006年获航空报国优秀贡献奖。


(中国粉体网编辑整理/平安)