“目前，越來越多的產(chǎn)業(yè)都將碳纖維列入了制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)規(guī)劃中，中國(guó)有望成為推動(dòng)碳纖維在制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的主要力量。”日前，在2017中國(guó)新材料資本技術(shù)秋季峰會(huì)上，東華大學(xué)教授、國(guó)家973項(xiàng)目首席科學(xué)家余木火在接受新材料在線?專訪時(shí)表示。

碳纖維被譽(yù)為“材料之王”，同時(shí)也有“黑色黃金”之稱。在過去，如何制造碳纖維和大規(guī)模應(yīng)用是碳纖維行業(yè)最大的困難。

而如今，碳纖維想要在制造業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，還需要突破缺乏規(guī)模化、低成本化碳纖維先進(jìn)制造技術(shù)與裝備、缺乏制造業(yè)與碳纖維材料產(chǎn)業(yè)合作機(jī)制和缺乏碳纖維零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試技術(shù)體系等瓶頸。

圖表：2011-2016年全球碳纖維產(chǎn)能情況

資料來源：賽瑞研究

制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用時(shí)代開啟

過去一提到碳纖維，大家都知道其應(yīng)用領(lǐng)域是軍工領(lǐng)域。但最近這十年來，碳纖維行業(yè)發(fā)生了極大的變化。

余木火認(rèn)為，一種材料要成為社會(huì)發(fā)展階段中起主要作用的材料需要經(jīng)過幾十年的磨練，碳纖維復(fù)合材料經(jīng)過了六十年的磨練，已經(jīng)到了在制造業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的開始階段。具體表現(xiàn)為技術(shù)不斷進(jìn)步、成本不斷降低、生產(chǎn)自動(dòng)化程度不斷提高、以及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

圖表：全球碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域及增長(zhǎng)率

資料來源：賽瑞研究

其中，最明顯的證據(jù)體現(xiàn)在價(jià)格方面。“早先，碳纖維的價(jià)格是幾千塊錢每公斤。2015年我們做調(diào)研的時(shí)候大概是350元/公斤，現(xiàn)在是80元/公斤。兩年內(nèi)降了好幾倍，為什么呢？就是因?yàn)榧夹g(shù)的進(jìn)步推動(dòng)碳纖維在制造業(yè)中大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。”余木火解釋說。

第二方面，原來將碳纖維材料制成一個(gè)復(fù)合材料零件需要幾小時(shí)甚至幾天，而目前，自動(dòng)化成型裝備及自動(dòng)化生產(chǎn)線的普及將上述時(shí)間縮短到了幾分鐘，為碳纖維在制造業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此外，2014年寶馬將碳纖維技術(shù)應(yīng)用于寶馬7系，使用碳纖維材質(zhì)底盤。其成功說明碳纖維在工業(yè)上的應(yīng)用是可行的，成本可以控制在可以接受的范圍之內(nèi)。“寶馬車成功應(yīng)用碳纖維技術(shù)的消息出來以后，全球各個(gè)國(guó)家對(duì)碳纖維在制造業(yè)中的應(yīng)用高度重視。”余木火表示。

圖表：2011-2016年中國(guó)碳纖維行業(yè)需求量情況

資料來源：賽瑞研究

近年來，各個(gè)國(guó)家對(duì)碳纖維材料的發(fā)展思路從原來的戰(zhàn)略武器方向轉(zhuǎn)向制造業(yè)，以提高制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方向，特別是中國(guó)。最近一年來，大量的金融資本進(jìn)入碳纖維行業(yè)。可以預(yù)見，中國(guó)未來10年會(huì)成為全球碳纖維最主要的制造國(guó)。“中國(guó)制造業(yè)有巨大的碳纖維應(yīng)用市場(chǎng)，有望引領(lǐng)發(fā)展。”

低成本化、高性能化、復(fù)合材料成型自動(dòng)化是趨勢(shì)

在余木火看來，碳纖維想要在制造業(yè)大規(guī)模應(yīng)用，還需要突破缺乏規(guī)模化、低成本化碳纖維先進(jìn)制造技術(shù)與裝備、缺乏制造業(yè)與碳纖維材料產(chǎn)業(yè)合作機(jī)制和缺乏碳纖維零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試技術(shù)體系等瓶頸。

圖表：2016年中國(guó)碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域分布

資料來源：賽瑞研究

未來，低成本化、高性能化、復(fù)合材料成型自動(dòng)化將是碳纖維行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

“碳纖維低成本化是一個(gè)很重要的方向并受到各國(guó)的重視，美國(guó)、日本、澳大利亞、中國(guó)等都在開發(fā)各種各樣低成本化的纖維技術(shù)。進(jìn)一步提高性能，則是軍事應(yīng)用領(lǐng)域不斷追求的目標(biāo)。復(fù)合材料成型自動(dòng)化是一個(gè)非常重要的趨勢(shì)，最近兩年也有一大批自動(dòng)化裝備進(jìn)入到這個(gè)行業(yè)。”余木火告訴新材料在線?。

目前，各制造業(yè)正在嘗試應(yīng)用碳纖維，在“中國(guó)制造2025”提出的10大領(lǐng)域中，8大領(lǐng)域迫切需要輕量化碳纖維復(fù)合材料。

碳纖維汽車

來源：網(wǎng)絡(luò)

首要領(lǐng)域就是航空航天裝備領(lǐng)域，包括固體發(fā)動(dòng)機(jī)、液氧、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星、空間站、無人機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和客機(jī)。另外，在先進(jìn)軌道交通裝備、新能源汽車、電力裝備、海洋工程裝備、機(jī)器人、農(nóng)機(jī)裝備和高性能醫(yī)療器械領(lǐng)域，碳纖維也大有可為。

圖表：2016年全球碳纖維航空航天市場(chǎng)需求分布

資料來源：賽瑞研究

余木火表示，碳纖維復(fù)合材料強(qiáng)度達(dá)到鋼的水平，比重是鋼的五分之一。因此，碳纖維被認(rèn)為是汽車輕量化最有潛力的材料。汽車輕量化碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)，將在很大程度上改變現(xiàn)有汽車生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)組織模式，為汽車產(chǎn)業(yè)帶來一場(chǎng)革命。

圖表：碳纖維在汽車上的應(yīng)用實(shí)例

資料來源：賽瑞研究