打破美国,日本的垄断,中国企业如何绝地反击冲击碳纤维“工业皇冠”?

材料之友 2023-09-18
2366 字丨阅读本文需 6 分钟

碳纤维是一种高性能材料,在航空航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。其行业历史可以追溯到20世纪50年代,但直到近年来,随着技术的不断进步和需求量的增加,碳纤维行业才开始快速发展。目前,全球碳纤维市场规模已经超过100亿美元,预计在未来几年内将保持高速增长。

碳纤维的独特之处

碳纤维是一种高端的化纤品种,其制备过程包括粘胶、腈纶、芳纶、聚酰亚胺等纤维在高温下的烧制。这个过程赋予了碳纤维卓越的性能,让它在材料界独树一帜。以下是一些碳纤维的独特特性:

优异的力学性能

碳纤维比铝还轻,但却强于铁,这使得它成为制造轻量化结构的理想选择。无论是在航空航天领域的飞机制造,还是在汽车工业的车身设计中,碳纤维都发挥着巨大的作用。

高弹性模量

碳纤维的弹性模量高于许多传统材料,这意味着它在受力时不容易变形。这使得碳纤维成为制造高性能运动器材,如高尔夫球杆和自行车框架的首选材料。

耐高低温

碳纤维在极端温度条件下仍能保持其性能,这使得它在航天器和卫星等需要在太空中工作的应用中非常有用。

耐腐蚀和耐疲劳

碳纤维具有出色的抗腐蚀和耐疲劳性能,这使得它在海洋工程、建筑结构等领域有广泛的应用前景。

碳纤维市场规模的增长主要受到以下几个方面的影响:

汽车轻量化:随着节能减排意识的增强,汽车制造商开始采用碳纤维材料来制造车身零部件,以提高燃油效率并减少二氧化碳排放。预计到2025年,全球碳纤维在汽车领域的应用市场规模将达到37.8亿美元。

航空航天:随着全球航空业的复苏,碳纤维在航空航天领域的需求量不断增加。采用碳纤维材料可以减轻飞行器重量,提高燃油效率,降低运行成本。预计到2025年,全球碳纤维在航空领域的应用市场规模将达到29.6亿美元。

体育器材:随着人们生活水平的提高和健康意识的增强,碳纤维在体育器材领域的需求量不断增长。采用碳纤维材料可以制造更轻、更坚固的体育器材,提高运动员的表现和成绩。预计到2025年,全球碳纤维在体育器材领域的应用市场规模将达到12.5亿美元。

其他领域:碳纤维在风能、建筑等领域也有广泛的应用,预计未来几年内将保持高速增长。

中国碳纤维产业的崛起

中国的碳纤维工业经历了三个阶段:低水平徘徊、技术转型和快速发展。长期以来,中国碳纤维市场主要依赖进口,但近年来国产碳纤维的产能扩张加速。2022年,国内碳纤维供应量首次超过进口,达到4.5万吨。

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。

目前,全球42%碳纤维产业的市场由东丽公司占据,其中有相当部分是T800以上的高端产品线。

对于碳纤维的具体制造,刘工给我们打个了比方,碳纤维原丝纺丝过程就如抻面条,要抻出劲道的面条,首要前提就是要搞到优质的面粉,其次是和面和如何发酵,和面时用多大力气,发酵的条件是什么、操作过程中的每一个步骤都决定了面的最终口感。

“怎么学?我给你一碗面,你吃两口就能学会怎么抻面吗?”

这就涉及到先进制造业的一个固有难题,逆向工程VS正向研发。

在制造业当中,有些产业是非常害怕仿制的,比如制药产业。一些厂商花费数十年实验研究出的一款新药,在印度只需要几个月就可以仿制出来,因为只要把药物锤碎研磨,配方很容易被实验室通过分解、分析,也就是逆向工程得到。

而对于一些特殊的产业,逆向突破就好似在中国寻找一家不卖葱油拌面的沙县小吃,除非告诉你定位,不然你得吃遍中国才能找到。

碳纤维产业就是一个很难被逆向突破的领域,就拿东丽举例,他们的每一个工艺参数都是五十多年实验得出的最优解,这些工艺细节只能通过长时间大量的尝试才能摸索得到。

不夸张地说,即使将完整的配方给到中国企业,短时间内我们也造不出像样的成品。

举例来说,单是聚合(和面)这个工艺节点,把原料放进反应釜中搅拌,顺时针搅拌还是逆时针搅拌,一个周期搅三圈还是三圈半,都会造成碳纤维最终性能的巨大差异。

目前,代表碳纤维制造工艺最高标准的日本东丽公司,已经能够实现在分子排布层面上设计、生产碳纤维材料,而我们还没有摸到这个层级的门槛。

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。

从陪跑者到领跑者:中国市场是本土企业最好的助攻

总结看来,最完整的产业链、最大的市场以及最低的综合成本,这是中国企业对外竞争无往不利的利器。

所以中国的制造业有这样一个特点,只要我们掌握了关键技术,在产业内播下一颗种子,这颗种子就会迅速成长为参天大树。

中国企业总能以最快的速度、最低的成本,推出一块质量中等,甚至是优质的产品,这也是国外品牌发现中国生意越来越难做的原因。只要在同一跑道上和中国企业竞争,国外企业几乎难逃被卷死的命运。

在存储硬盘产业,美韩企业的厂房已经不敢再着火了,在汽车产业,某些十多年前还称王称霸的品牌已经被踢出国内市场;中国的光伏设备出货量占据全球90%,国产盾构机抢占全球70%市场份额等。

而在碳纤维产业,中国赶超的速度甚至让国外企业仓促地实行“闭关锁国”。

如果归纳这些核心规律,就会发现高端制造业走向自主创新之路,早期的陪跑者低位并不可怕,真正可怕的是长期无所作为。只要以市场为导向,长期坚持自主研发,中国企业就会历练出自己独特的技术优势,进而获得竞争力。

而上述整个过程,体现在日复一日的工厂车间、实验室和产业链企业的配套协同中,大多数技术和产品的发展都是渐进式的。

我们正是要倾诉这些隐秘而伟大的故事,让这些中国企业更多地被看到,展现十年磨一剑背后的崎岖和荣光。

文章来源: 小小怪抄手,老斜聊科技,新能源产业家

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