在碳纖維增強樹脂基復合材料行業發展的早期,碳纖維原材料的技術進步對復合材料制品行業發展的推動具有決定性因素。而經過行業多年發展,技術與產業結構已日臻成熟,如今碳纖維等原材料對復合材料制品性能提升的重要性在降低,行業的主要競爭核心正在逐步向制品企業的設計能力、工藝能力、樹脂配方等能力上轉移,行業變革動力從原材料廠商轉移到制品廠商。
以航天、軍工應用領域為例,這些行業所應用的碳纖維增強樹脂基復合材料制品單位價格高、結構復雜、體量大、功能性能要求高且多樣,普遍采用熱壓罐工藝。以上特點要求該領域的復合材料廠商需具備極強的工藝研發設計、模具設計生產與樹脂配方等各方面的綜合研發設計能力,復合材料廠商的綜合實力提升對行業進步的重要性至關重要。
“十三五”以來,中國航天、國防、高端裝備制造業快速發展,民用工業供給側改革效果顯著,下游領域的產業升級對先進結構、功能材料也呈現出新的質量與性能要求。
以航天器所用高性能復合材料為例,艙體所用碳纖維復合材料作為承力結構件須達到比強度、復雜度要求,又須有耐熱功能。樹脂是纖維增強復合材料中主要的基體成分,對復合材料整體性能的發揮起著關鍵作用,其性能對復合材料制品的耐熱、耐腐蝕等功能發揮直接決定作用。因此,作為航空、航天與軍工等產業重要的裝備材料,高性能碳纖維增強樹脂基復合材料的結構功能一體化發展將為復合材料在這些高端制造業領域的應用帶來更多優勢。
盡管我國在結構/吸波復合材料、結構/防熱復合材料等方面的研究取得明顯進展,但國內結構功能復合材料產業與技術發展仍存在問題,存在資源整合能力不夠、部分重要領域研發能力空缺、跨學科或產學研技術共享不充分、低水平重復等問題。具備碳纖維復合材料結構功能一體化研發、產業化能力的行業企業或機構,將在未來國內或國際行業競爭中進一步取得發展先機,鞏固提升綜合競爭能力。
預浸料是復合材料制造加工過程中重要的半成品,利用預浸料工藝制造碳纖維復合材料的技術已經成熟并得到廣泛應用,因此先進的預浸料制備技術與設備對碳纖維復合材料的性能提升與產業發展至關重要。
熱塑性碳纖維復合材料因其優異的力學性能、較短的生產周期以及可回收性能,受到市場與行業的普遍認可。日、德、美等發達國家在碳纖維增強熱塑性預浸料制造技術已較為成熟,并已經實現量產化。而中國國內市場的預浸料產業化生產仍局限于熱固性預浸料,熱塑性預浸料技術與國際水平相比較為落后,市場普遍被國外企業產品占據。由于應用行業發展迅速,進口熱塑性預浸料昂貴的價格已成為制約下游市場進一步成長的重要因素,國內下游廠商對國產熱塑性預浸料的需求日益增長。熱塑性預浸料的技術研發與進口替代將成為中國復合材料產業進一步發展的關鍵課題之一。
2020與2021兩年間,中國航天事業步入快速發展軌道,除發射火箭次數創下新高外,一線商業航天公司學習美國SpaceX、藍色起源等公司的商業模式與經驗,也紛紛推出“快舟”“雙曲線”“谷神星”等較為成熟的商業火箭。而中國衛星網絡集團有限公司的成立也意味著大量地軌衛星的發射需求,向市場展示出一幅廣闊的中國“星鏈”產業前景,將會從下游催生出大量的低價商業火箭需求。
此外,中國在商用遙感衛星處于后來者和追趕者的角色,逐步形成了高分、風云、資源、海洋等國家遙感衛星系統。2021年12月,美國詹姆斯韋伯空間望遠鏡(James Webb SpaceTelescope)的成功發射,也為中國未來空間望遠鏡的發展提供了寶貴的借鑒意義。
十三五以來,國家針對新材料產業與軍民融合等多個領域密集出臺產業扶持政策。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中提出,要提升高端新材料等制造業核心競爭力,明確提出“加強碳纖維、芳綸等高性能纖維及其復合材料……研發應用”,加快補齊基礎材料、基礎工藝的瓶頸短,將碳纖維復合材料等新材料產業發展提高到國家戰略層面。
黨的十九大提出要建設航天強國的戰略目標。此外,軍民融合也上升為國家戰略并寫入黨章,中國軍民融合處于初步融合向深度融合的過渡階段,重大政策密集推出,推動了我國軍民融合事業的發展,同時也推動了我國民企對軍事裝備建設發展的參與,加大了中國民營企業能夠承接的航天設備、武器裝備制造業務的多樣性。這不僅將加大對碳纖維增強樹脂基復合材料的需求,也對企業的工藝能力、設計能力等綜合實力提出了更高的要求。