近日，韩国晓星开发出超高强度碳纤维，向航空航天材料的国产化又迈近了一步。晓星高新材料(株)10月12日于官网发布，表示成功开发出抗拉强度6.4GPa、弹性模量295GPa以上的“H3065(T-1000级)”超高强度碳纤维。


晓星高新材料(株)一直致力于生产的“H2550（抗拉强度5.5GPa，弹性模量250GPa，T-700级）”碳纤维的强度是钢的10倍以上，主要用于氢燃料箱、线芯材料、太阳能隔热材料、体育等用途。相比之下，此次研发的“H3065”碳纤维是一种超高强度特殊碳纤维，强度是钢的14倍以上。而T-1000级碳纤维更是需要整体工程难度极高的原料聚合/纺纱/烧制等差别化技术。


1、碳纤维到底有多重要？


此次研发的“H3065”碳纤维是一种超高强度碳纤维，强度是钢的14倍以上，同级别的T1000碳纤维被用于波音新型飞机的机身和零部件、人造卫星、航天运载火箭等航空航天及国防产业等各个领域。


这种超高强度碳纤维被认为是航空工业领域中，开发航空运载火箭和卫星的必需材料。因为与运载火箭使用的铝等现有材料相比，该材料要轻得多，而且具有更高的弹性和强度，因此可以大限度地减轻运载火箭的重量，并承受高载荷，提高推进力。与此同时，运载火箭能够通过减轻重量搭载更少的燃料，增加运力。





此外，在国防领域，在发射体上使用碳纤维时，可以大限度地减轻重量，从而获得提高速度和射程的效果。T1000级碳纤维的聚合、纺纱、碳化等整体工程难度大，技术含量高，过去只有日本和美国才能生产。


科技和产业革命到了现在这种程度，新材料已经成为了一个国家科技创新的先导和基石，每个国家国民经济的发展、科技创新以及国防建设等方面的衡量指标就是新材料的水平，70%以上新战略性发展都依靠了新材料。所以中国要从一个制造大国，转化成一个制造强国更离不开新材料。


2、碳纤维到底有多难造？


碳纤维本身具有非常好的力学性能，它的强度是钢的10倍，但是它的密度又只有钢的1/4，也就是说单位重量所体现出来的强度是钢的40倍，在一定的应用领域里边就很重要，比如汽车如果能够减重一公斤，就能够多跑很多的路，如果是从航空航天来说，一颗卫星能够减重10公斤，那就不得了的事情。


所以我们就必须要去跟踪这种生产工艺，而这种生产工艺它本身对我们就是封锁的，产品有时候都是禁运的。在这种情况下，中国建材从2009年开始就是另辟蹊径，从研发工作入手，研发高潮的时候，每天研发成本相当于烧掉一辆桑塔纳。


通过十几年的努力才解决了T1000的0到1，之后再从1到100。如果我们不从1到100就转化不成大面积的生产，也解决不了我们的航空航天上面的材料需求，同时更重要的是能够推动我们整个国家材料产业的进步。


3、机会在哪里？


对碳纤维性能要求没那么高的民用领域，才是未来碳纤维的主要增量所在。



就连衡量碳纤维强度的T300、T800、T1000等称谓，其实原是日本东丽公司的碳纤维型号。由于东丽公司在行业内的地位，导致其无形中演化成类似于某种强度的碳纤维标杆。


时至今日，尽管有国家政策的大力扶持，但国内在碳纤维的质量、技术和生产规模上与国外仍有不小差距，特别是高性能碳纤维技术仍被发达国家所垄断。


2019 年中复神鹰在国内实现了干喷湿纺 T1000 级超高强度碳纤维工程化，代表着当时高的技术。但T1000只是日本东丽在80年代的制造水平，由此可见在尖端碳纤维技术上，国内与日本仍有数十年的差距。


不过尖端技术对于国内碳纤维企业快速崛起、占领市场并不是很大的障碍。如前文所言，虽然军工、航空等领域的碳纤维性能更强，价格是普通民用碳纤维的数倍，但其应用规模较小，市场容量有限，企业只能曲高和寡。


对碳纤维性能要求没那么高的民用领域，才是未来碳纤维市场的主要增量所在，是碳纤维市场的星辰大海。


以风电应用为例，按照维斯塔斯内部的统计，使用碳纤维的拉挤工艺相较于传统的全玻纤主梁，叶片成本上升10%左右，但是减重效果达到了40%，因而发电效率更高。2021年的风电装机总量是3万台，如果全部都能使用拉挤工艺，需要用到12-15万吨碳纤维，将超过2021年全球碳纤维的整体市场规模。


因此在民用领域的竞争，碳纤维企业比拼的关键在于生产工艺的成熟度（关系到产能利用率）和降低生产成本的能力。


过去几年，正是碳纤维制造成本的不断下降，使得其在广阔的民用领域规模化应用成为可能。根据海关总署公布的进口碳纤维平均价格，2011-2012年进口碳纤维平均单价最高为3.5万美元/吨，而截止到2020年进口碳纤维平均单价持续下滑，最低至约1.5万美元/吨，期间碳纤维单价降幅超过50%。


从更远的角度看，虽然原油、丙烯、丙烯腈等原材料的涨跌和下游风电等市场的周期性波动，会给碳纤维企业的业绩带来一定的周期属性。但从更长周期来看，技术升级、降低成本能够帮助其进一步打开下游的应用场景，实现长期成长。


当然，即使对性能要求不高，碳纤维行业也始终是高门槛的游戏，没有5-10年技术研发投入与工艺积累，很难实现稳定产业化生产。


此前，国内绝大部分碳纤维企业都经历过长期煎熬——试生产与稳定期阶段生产出的产品难以达标。在行业的高速成长期，谁能够快速扩产、并完成产品达标，就有望享受更多市场红利。这更多地取决于碳纤维企业的生产工艺水平与技术积累。





写在最后


双碳战略下，风电、光伏和氢能的发展，开启了碳纤维从10-100的新阶段，促使其快速走向广阔的民用市场，也给了国内碳纤维企业以新的发展机遇。


2015年-2021年，碳纤维行业国产化率由15%逐渐提升至47%，产能已经占到全球市场约21%的份额。国海证券测算，2025年国内碳纤维需求有望达到15.9万吨，对应市场空间232亿元，已经超过了2021年全球碳纤维的整体市场规模。


在风电、光伏、新能源车等碳中和核心赛道上，我国已经占据了产业链的主导位置，而在与其紧密相连的碳纤维赛道，国产碳纤维弯道超车的“奇点”也即将到来。


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