廣東省“碳纖維與高分子材料”重點專項發(fā)展情況分析及建議*

文/陳雪

1 實施重點專項的必要性

關鍵核心技術是國之重器，對推動我國經(jīng)濟 高質量發(fā)展、保障國家安全具有十分重要的意義。為加快解決廣東省新材料產(chǎn)業(yè)核心技術、關鍵零部件、重大裝備受制于人的瓶頸問題，將“大國重器”牢牢掌握在自己手中，開展重點專項的編制研究勢在必行。

為全面貫徹落實黨的十九大精神和習近平總書記關于加強關鍵核心技術攻關的重要講話精神，按照廣東省委十二屆二次、三次、四次全會和全省科技創(chuàng)新大會部署，落實《“十三五” 廣東省科技創(chuàng)新規(guī)劃（2016－2020 年）》等提出的任務，推動廣東省新材料領域創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，開展“碳纖維及高性能高分子基復合材料”重點專項工作十分必要。推進該專項的順利實施，對于解決碳纖維及高性能高分子基復合材料原創(chuàng)性技術和核心技術不足問題，補齊廣東省碳纖維及高性能高分子基復合材料短板，攻克碳纖維及高性能高分子基復合材料核心技術和工藝，實現(xiàn)碳纖維及高性能高分子基復合材料產(chǎn)業(yè)化應用，促進廣東省高端制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)的轉型升級具有重要意義。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 全球碳纖維與高分子基復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

“曲高和寡”“貴族材料”是碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的“標簽”，隨著日本、歐美等國外大型企業(yè)碳纖維及高性能高分子基復合材料技術的快速發(fā)展及產(chǎn)業(yè)應用更為廣泛和深入，目前其已占據(jù)全球95%以上碳纖維市場，其中日本、美國占據(jù)絕對主導優(yōu)勢。

相對于小絲束碳纖維，大絲束碳纖維是未來發(fā)展的制高點。大絲束碳纖維主要應用在工業(yè)領域，如汽車、軌道交通、風電葉片、能源建筑等，預計未來幾年需求增速每年超過 16%以上，到2020年，全球需求預計達到15萬噸以上，我國需求將達到7.7萬噸以上。歐洲地區(qū)由于勞動力成本、環(huán)境保護標準比美國和亞洲等其他地區(qū)更高，在熱塑性復合材料加工及工藝上獨占鰲頭，具體情況見表1。

2.2 國內碳纖維與高分子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步不算晚，碳纖維企業(yè)有30多家，但是總體研發(fā)水平和生產(chǎn)水平落后，在市場上仍無法與美日公司競爭。一方面，“一窩蜂”對標在軍品碳纖維應用領域，而軍品市場目前容量僅僅為200噸～300噸的規(guī)模，這種混亂狀況不僅不利于軍品的發(fā)展，反而對有限的軍品市場形成了沖擊；另一方面，工業(yè)應用的碳纖維需求迅猛發(fā)展，2016年起，僅經(jīng)過短短幾年發(fā)展的風電葉片對碳纖維的需求總量就超過經(jīng)過幾十年發(fā)展的航空航天應用，壓力容器、汽車及高鐵等工業(yè)對碳纖維的需求也在迅猛發(fā)展。工業(yè)應用碳纖維的核心要素是“低成本”與“大絲束”，在工業(yè)應用碳纖維領域，我國強大的腈綸工藝已經(jīng)可以提供具有國際競爭優(yōu)勢的原絲，只需要做好碳化環(huán)節(jié)，就可能形成具有國際競爭優(yōu)勢的碳纖維產(chǎn)業(yè)。

表1 國際碳纖維及高性能高分子基復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

2.3 廣東省碳纖維與高分子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

廣東省碳纖維高分子基復合材料在多個工業(yè)領域應用已具有較強的技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化制備能力，處于國內優(yōu)勢地位，擁有金發(fā)科技、亞太新材料、廣州賽奧碳纖維以及宏毅公司等碳纖維材料研發(fā)企業(yè)。在碳纖維制備方面，雖然廣東優(yōu)勢不明顯，但是發(fā)展勢頭強勁，2018年1－7月全省碳纖維增強復合材料產(chǎn)量同比增長37.4%，但是，這樣的產(chǎn)量遠遠不能滿足市場的需求，碳纖維及復合材料在新興應用市場需求巨大。從我國碳纖維消費量來看，2017年廣東依然保持第一，達0.56萬噸，特別在汽車、高速列車等交通運輸工具輕量化方面有特殊需求。發(fā)展碳纖維及碳纖維復合材料，推進高強度碳纖維的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，已被列入《廣東省先進制造業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016－2020 年）》的重點發(fā)展方向。

3 問題與技術瓶頸

3.1 現(xiàn)階段發(fā)展中主要問題

目前，日本等國家大型企業(yè)占據(jù)全球95%以上碳纖維市場，并利用其技術和規(guī)模優(yōu)勢壓低價格，導致國內企業(yè)被迫降價。受國外企業(yè)低價傾銷和惡意競銷的影響，下游復合材料企業(yè)成本波動很大，加上我國碳纖維行業(yè)存在自主創(chuàng)新能力不強、關鍵技術落后、復合材料產(chǎn)業(yè)薄弱和市場應用開發(fā)滯后等問題，碳纖維行業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)與應用相互脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈不暢通已成為制約我國碳纖維及其樹脂基復合材料行業(yè)健康發(fā)展的一大瓶頸。因此，通過開展專項研究，解決“卡脖子”核心技術，相關重點專項設立的必要性不言而喻。

3.2 主要技術瓶頸

國家“十三五”規(guī)劃中明確指出碳纖維復合材料是關鍵戰(zhàn)略材料之一。廣東省在高性能熱塑性樹脂材料及其碳纖維復合材料的工業(yè)應用方面，具有較強的技術研發(fā)和生產(chǎn)制造能力，處于國內優(yōu)勢地位，但在碳纖維制造方面優(yōu)勢不明顯。碳纖維及其復合材料的新興應用市場需求巨大，特別在汽車、高速列車等交通運輸工具輕量化方面有特殊需求，但目前占據(jù)市場主導地位的碳纖維熱固性復合材料存在著一系列問題，如成型周期長、生產(chǎn)效率低、自動化程度低、成本較高、沖擊性能差、工藝過程釋放揮發(fā)性有機化合物（VOC）且回收困難、配套生產(chǎn)線用關鍵設備昂貴等，導致應用遇到很大的局限性，影響復合材料產(chǎn)業(yè)鏈的完善與提升。連續(xù)纖維熱塑性復合材料能夠全面解決熱固性復合材料的難題，已成為國外輕量化技術的主要發(fā)展方向之一。

3.2.1 碳纖維復合材料用高性能熱塑性高分子材料合成技術

重點針對汽車輕量化方向，研發(fā)熱塑性樹脂與碳纖維界面技術、碳纖維熱塑性高分子復合材料批量制備成型技術和碳纖維高性能熱塑性高分子復合材料應用關鍵技術，解決碳纖維與熱塑性樹脂在成型過程中的界面結合、完全浸潤這一國內外工業(yè)界尚未完全克服的核心技術瓶頸難題。

3.2.2 低成本高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化技術與裝備國產(chǎn)化

針對我國碳纖維生產(chǎn)成本高、有效供給嚴重不足的現(xiàn)狀，建立全新高效低成本氧化碳化理論體系，研發(fā)出自主的、國際領跑的，以高效低成本預氧化技術為代表的低成本碳化線技術及裝備體系。

3.2.3 碳纖維增強高性能熱塑性高分子復合材料成型及應用技術

重點研究制備碳纖維片增強熱塑性樹脂復合材料，突破長纖增強成型工藝復雜、難以連續(xù)化的難題和短纖增強強度不高的瓶頸。

4 發(fā)展建議

4.1 注重基礎創(chuàng)新，加快關鍵共性技術創(chuàng)新發(fā)展

結合廣東省產(chǎn)業(yè)在高性能高分子基復合材料等領域的特色發(fā)展需求，著力推動核心裝備、關鍵材料及集成技術攻關。突破高強碳纖維高效低成本制備及應用的共性關鍵技術，包括開展低成本碳纖維材料、高性能熱塑性高分子材料、碳纖維增強高性能熱塑性高分子復合材料、高性能復合材料應用產(chǎn)品的開發(fā)技術研究；開展碳纖維與熱塑性高分子材料高效充分浸潤技術、碳纖維展紗技術、復合材料仿真智能集成化設計、復合材料制備自動化連續(xù)化等關鍵技術研究；開展以汽車結構件/半結構件為主的復合材料制備及應用技術研究。

4.2 凝練組織關鍵核心技術攻關項目

圍繞攻關方向和重點領域，組織省內骨干企業(yè)，進一步凝練核心技術攻關課題，特別是龍頭骨干企業(yè)已經(jīng)投入力量開展前期研究的課題，系統(tǒng)設計攻關項目。根據(jù)近年來海關進口數(shù)據(jù)，精準分析主導產(chǎn)業(yè)、骨干企業(yè)大宗國際采購的核心零部件、關鍵設備，高校院所、大型實驗室購買的高附加值進口儀器設備等，梳理需要攻克的關鍵零部件和重大裝備；通過對“瓦森納協(xié)議”、美國“301調查”的分析，從西方發(fā)達國家對我國實施出口管制的技術和產(chǎn)品清單中凝練攻關項目；對目標清晰、研究力量相對明確的攻關項目，采用主動組織的方式定向委托優(yōu)勢單位牽頭開展。

4.3 多領域典型應用，搶占行業(yè)話語權

通過開展重點專項，爭取達到技術國際領先、產(chǎn)業(yè)并跑水平。在碳纖維復合材料用高性能熱塑性高分子材料合成技術方面，解決碳纖維與熱塑性樹脂在成型過程中的界面結合、完全浸潤這一國內外工業(yè)界尚未完全克服的核心技術瓶頸難題，突破成套生產(chǎn)裝備技術，創(chuàng)造性建成國內首條低成本連續(xù)化制備碳纖維熱塑性復合材料生產(chǎn)線；在低成本高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)化技術與裝備國產(chǎn)化方面，建立全新高效低成本氧化碳化理論體系，研發(fā)出自主的、國際領跑的以高效低成本預氧化技術為代表的低成本碳化線技術及裝備體系；在碳纖維增強高性能熱塑性高分子復合材料成型及應用技術方面，制備碳纖維片增強熱塑性樹脂復合材料，突破長纖增強成型工藝復雜、難以連續(xù)化的難題和短纖增強強度不高的瓶頸，解決高性能熱塑性樹脂復合材料高效浸潤“卡脖子”問題。攻克碳纖維及其樹脂基復合材料全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術，實現(xiàn)低成本碳纖維復合材料的產(chǎn)業(yè)化。發(fā)揮碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈特色，結合省內、聯(lián)合國內優(yōu)勢研發(fā)條件，布局低成本碳纖維材料、高性能熱塑性高分子樹脂、碳纖維熱塑性復合材料、碳纖維復合材料應用制品、裝備與制造、應用與量產(chǎn)等重點方向，以確保最終成果轉化以及產(chǎn)業(yè)化應用。

4.4 加強省部合作，主動對接國家重大科技項目

聚焦國家和廣東省戰(zhàn)略需求，加強與科技部、教育部、工信部、中國科學院、中國工程院等國家部委和相關機構單位的對接，吸引集聚國家戰(zhàn)略創(chuàng)新資源，主動承接國家重大科技項目，實現(xiàn)與國家科技重大專項、重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金重大項目的銜接。對領域內已完成驗收的國家重大科技項目，能在廣東開展后續(xù)研究或產(chǎn)業(yè)化應用的，給予接續(xù)支持；對廣東省優(yōu)勢技術領域，爭取與國家部委共同組織實施一批重點項目，給予聯(lián)動支持；對國家已立項但經(jīng)費未能足額資助，或可結合廣東省實際情況進行拓展延伸項目研究內容的，給予補齊支持；對申報國家項目且評審結果靠前但未獲立項的，若項目由廣東省內單位牽頭或參與申報，或者省外申報團隊愿意到廣東省內開展研究、進行轉化落地的，給予補充支持。

4.5 引入并行資助模式或“揭榜制”增強競爭動力

在前沿性、引領性和顛覆性技術攻關領域，可引入并行資助模式，經(jīng)過行業(yè)專家的咨詢論證，在重點攻關領域可資助兩個或多個評估結果排名靠前、技術路線不同的項目，鼓勵科研團隊間開展競爭，進一步激發(fā)創(chuàng)新動力，為核心技術精準突破提供更有力的保障。針對目標清晰的重大行業(yè)關鍵共性技術，采用“揭榜制”面向全社會征集最優(yōu)研發(fā)團隊、最佳解決方案。鼓勵行業(yè)骨干企業(yè)結合自身需求倍增“揭榜獎勵金”，通過市場匹配確定攻關項目，有能力的科研單位和研究團隊通過公開應答的方式主動揭榜，項目實施以結果“論英雄”，政府委托專業(yè)機構會同技術產(chǎn)品需求方驗證項目成果，通過市場檢驗提出“揭榜獎勵金”的分期撥付和最終給付意見；對企業(yè)出大部分獎勵資金，或企業(yè)出資達到一定比例的項目，由該企業(yè)牽頭或參與動態(tài)考核，并優(yōu)先使用其項目成果。