牛方

對(duì)于以碳纖維、芳綸為代表的中國(guó)高性能纖維來(lái)說(shuō)，值得贊賞的是，行業(yè)用了短短十年縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家近三十年的差距，依靠自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有。然而解決了“有”的問(wèn)題后，下一步的“量產(chǎn)應(yīng)用”成為了橫立在行業(yè)發(fā)展大道上的一座多年來(lái)難以撼動(dòng)的大山。

以碳纖維為例，輕量化應(yīng)用市場(chǎng)廣闊，然而居高不下的原料成本及制造成本阻礙了下游大量使用碳纖維實(shí)現(xiàn)輕量化目的的進(jìn)程。東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院余木火教授告訴記者：“目前我國(guó)碳纖維產(chǎn)能1.5萬(wàn)噸，產(chǎn)量只有4000噸，開(kāi)工率20%，企業(yè)虧損的現(xiàn)狀與中國(guó)經(jīng)濟(jì)地位不匹配?！倍谟y、量產(chǎn)難、開(kāi)工率低的窘境背后，癥結(jié)的根源就在于“成本高”。

10位院士、88位專家 前瞻未來(lái)十年

4月29日，中國(guó)工程院召開(kāi)了《高性能纖維與汽車(chē)輕量化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究》項(xiàng)目成果發(fā)布會(huì)。

作為國(guó)家最具權(quán)威的工程戰(zhàn)略咨詢單位，中國(guó)工程院環(huán)境與輕紡工程學(xué)部意識(shí)到輕量化產(chǎn)業(yè)對(duì)于國(guó)家能源、環(huán)境、制造業(yè)、新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和新材料戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重要性以及當(dāng)前我國(guó)在此領(lǐng)域的嚴(yán)重不足，于2015年確立了《高性能纖維與汽車(chē)輕量化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究》咨詢項(xiàng)目，項(xiàng)目力圖梳理目前高性能纖維在汽車(chē)輕量化領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題、未來(lái)戰(zhàn)略、技術(shù)途徑、專項(xiàng)建議等，為高性能纖維在汽車(chē)輕量化領(lǐng)域建立具有可行性的操作指南。

中國(guó)工程院院士蔣士成在發(fā)布會(huì)上表示：“該項(xiàng)目是一個(gè)跨學(xué)科、跨行業(yè)的研究項(xiàng)目，由紡織領(lǐng)域院士牽頭，邀請(qǐng)了紡織、汽車(chē)、復(fù)合材料、輕工機(jī)械等領(lǐng)域院士共同參與，依托東華大學(xué)，由纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、民用航空復(fù)合材料協(xié)同創(chuàng)新中心和上海市輕質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室具體組織實(shí)施。項(xiàng)目聚焦國(guó)內(nèi)外高性能纖維及其輕量化技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展環(huán)境和現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)高性能纖維及其輕量化技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)科技前沿領(lǐng)域進(jìn)行了深入系統(tǒng)地分析研究，取得了許多新的認(rèn)識(shí)和重要研究成果?！?/p>

整個(gè)課題組經(jīng)過(guò)了一年多的深入調(diào)研、座談，走訪企業(yè)包括產(chǎn)業(yè)鏈上游碳纖維生產(chǎn)廠家、下游汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)，共計(jì)10多家。經(jīng)過(guò)廣泛討論，提出了我國(guó)高性能纖維與汽車(chē)輕量化發(fā)展戰(zhàn)略和技術(shù)途徑、高性能纖維與輕量化產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵工程技術(shù)專項(xiàng)，以及高性能纖維與輕量化產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議，并形成了項(xiàng)目研究報(bào)告1份，調(diào)研報(bào)告15份，提交了院士建議1份。

在項(xiàng)目最終形成的未來(lái)十年發(fā)展戰(zhàn)略中指出：在第一階段，即第一個(gè)五年——從2016年到2020年，通過(guò)科技攻關(guān)，建立高性能纖維與汽車(chē)輕量化設(shè)計(jì)制造技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)鏈體系，形成從原材料到碳纖維汽車(chē)及其零部件的標(biāo)準(zhǔn)及其檢測(cè)體系。在第二階段，即第二個(gè)五年——從2020年到2025年，推廣應(yīng)用到整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，爭(zhēng)取使用碳纖維2～3萬(wàn)噸。碳纖維成本降低50%，零部件制造成本從70%～80%降低到50%。

原料、制造、設(shè)計(jì) 三大途徑攻克成本瓶頸

從項(xiàng)目的最終目標(biāo)來(lái)看，“成本的降低”是未來(lái)十年碳纖維在汽車(chē)輕量化應(yīng)用中需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，正如前文所述，這也是目前碳纖維行業(yè)面臨的最大瓶頸。

毋庸置疑，輕量化對(duì)于制造業(yè)各個(gè)領(lǐng)域如交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、海洋化工都至關(guān)重要，世界各國(guó)都高度重視。2015年3月，奧巴馬親自宣布成立了國(guó)家輕量化復(fù)合材料研究所，目標(biāo)是發(fā)展低成本復(fù)合材料技術(shù)，大規(guī)模應(yīng)用于制造業(yè)，提高制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

而在輕量化應(yīng)用中，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是迄今綜合性能最好的材料，在汽車(chē)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣的就是碳纖維。而對(duì)于汽車(chē)企業(yè)來(lái)說(shuō)，能夠被列為首選材料的首要衡量指標(biāo)就是“成本”。

余木火教授在成果發(fā)布會(huì)上代表課題組做匯報(bào)時(shí)指出：“在中國(guó)碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈中，原料成本占比為20%～30%，從碳纖維到零部件的制造成本占到70%～80%，是原材料的3～4倍?！?/p>

因此解決復(fù)合材料的成本問(wèn)題，已經(jīng)不單單是降低碳纖維的成本，還要從零部件的具體生產(chǎn)過(guò)程中依靠技術(shù)升級(jí)，進(jìn)行成本壓縮，“降低制造成本比降低碳纖維成本更有空間。”余木火說(shuō)道。

為此項(xiàng)目組提出了三大工程技術(shù)專項(xiàng)：汽車(chē)輕量化復(fù)合材料關(guān)鍵原材料低成本化技術(shù)專項(xiàng)；復(fù)合材料汽車(chē)零部件自動(dòng)化量產(chǎn)制造技術(shù)與裝備專項(xiàng)；輕量化復(fù)合材料汽車(chē)及零部件設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)技術(shù)專項(xiàng)。

三大專項(xiàng)，三個(gè)著力點(diǎn)，全面發(fā)力試圖攻克碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)輕量化領(lǐng)域內(nèi)的成本瓶頸。

余木火教授表示：“目前我國(guó)碳纖維的生產(chǎn)企業(yè)有30多家，基本全部生產(chǎn)小絲束，根本沒(méi)有大絲束碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)與產(chǎn)品?！倍蠼z束的生產(chǎn)模式是降低碳纖維成本的重要途徑，并且在應(yīng)用領(lǐng)域也更受歡迎：“大絲束碳纖維可以將纖維成本降低20%～30%，織物效率更高，鋪層次數(shù)少且滿足量產(chǎn)的節(jié)奏?！庇嗄净鹫f(shuō)。

而在自動(dòng)化量產(chǎn)方面，余木火表示：現(xiàn)有復(fù)合材料沿用了航空復(fù)合材料制造技術(shù)，幾十分鐘到幾小時(shí)一件，效率太低。未來(lái)將從設(shè)計(jì)開(kāi)始，對(duì)所有工藝流程、材料、設(shè)備和工裝的開(kāi)發(fā)均以實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)復(fù)合材料零部件為前提。在此基礎(chǔ)上就需要研發(fā)國(guó)產(chǎn)的汽車(chē)零部件自動(dòng)化生產(chǎn)線，余木火說(shuō)：“目前這條生產(chǎn)線德國(guó)進(jìn)口的要3億人民幣。”

充分發(fā)揮“設(shè)計(jì)”的力量應(yīng)該是本次項(xiàng)目的重要成果，也是體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈合作的重要方面。以前汽車(chē)輕量化都是產(chǎn)業(yè)鏈各自作業(yè)，碳纖維生產(chǎn)廠家不懂車(chē)，汽車(chē)企業(yè)不了解材料，該課題將整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈串了起來(lái)，建立了“高性能纖維與輕量化產(chǎn)業(yè)鏈知識(shí)服務(wù)公共平臺(tái)”，聚集了整條產(chǎn)業(yè)鏈上36個(gè)單位的力量，包括汽車(chē)、碳纖維、零部件、中間體等，使得各自工作更有針對(duì)性，不再盲目。

產(chǎn)業(yè)鏈合作 必由之路

缺乏產(chǎn)業(yè)鏈合作是高性能纖維行業(yè)和汽車(chē)行業(yè)多年來(lái)的狀態(tài)，余木火教授告訴記者：“在國(guó)外，汽車(chē)企業(yè)與碳纖維企業(yè)保持著緊密合作的關(guān)系，比如日產(chǎn)本田和東麗公司、三菱麗陽(yáng)都保持著緊密的合作關(guān)系，福特汽車(chē)和陶氏化學(xué)、通用和日本帝人、寶馬和西格里（SGL）等，未來(lái)掌握了碳纖維技術(shù)的汽車(chē)企業(yè)才有可能是未來(lái)汽車(chē)業(yè)的龍頭。”

碳纖維應(yīng)用于汽車(chē)輕量化已經(jīng)成功量產(chǎn)并投入市場(chǎng)。2015年寶馬i3，i8電動(dòng)車(chē)成功商業(yè)化，并于近日開(kāi)幕的2016年北京國(guó)際車(chē)展作為主力車(chē)型亮相，其中i3的廣告語(yǔ)是“天生電動(dòng)”，i8的廣告語(yǔ)是“讓不可能成為可能”。作為全球品牌，寶馬已經(jīng)開(kāi)始在中國(guó)市場(chǎng)布局高端電動(dòng)車(chē)，僅i3的售價(jià)最低也高達(dá)43萬(wàn)人民幣，余木火說(shuō)：“中國(guó)品牌汽車(chē)如果沒(méi)有提早布局，有可能會(huì)被第二次甩飛。”

余木火教授表示：“看到碳纖維在汽車(chē)輕量化，尤其是新能源汽車(chē)領(lǐng)域的廣闊前景，國(guó)內(nèi)一大批上市公司開(kāi)始加入碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，比如精工科技、海源機(jī)械、康得新、楚江新材、申達(dá)股份等，這些企業(yè)未來(lái)將有可能成為碳纖維規(guī)?；闹髁Α！?/p>

而國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)碳纖維車(chē)也并非完全空白，2015年奧新新能源汽車(chē)公司就成功研發(fā)了國(guó)內(nèi)首輛碳纖維新能源汽車(chē)，2016年3月通過(guò)所有測(cè)試，目前正在建設(shè)一條年產(chǎn)2萬(wàn)輛碳纖維車(chē)身的電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)線。除此之外，國(guó)內(nèi)有的廠家開(kāi)始使用碳纖維作為零部件進(jìn)行量產(chǎn)車(chē)型的生產(chǎn)，比如北汽、奇瑞、長(zhǎng)城等。北汽的一款BJ40汽車(chē)就是使用了碳纖維作為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋進(jìn)行量產(chǎn)并投入市場(chǎng)，他也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)使用碳纖維作為零部件的汽車(chē)企業(yè)。北京長(zhǎng)城華冠汽車(chē)目前正在開(kāi)發(fā)一輛碳纖維車(chē)身的純電動(dòng)跑車(chē)，預(yù)計(jì)2017年開(kāi)始量產(chǎn)。奇瑞汽車(chē)的一款采用PHEV插電式混合動(dòng)力車(chē)型，其核心優(yōu)勢(shì)就在于采用碳纖維復(fù)合材料部件后的車(chē)身僅重218千克，相比金屬車(chē)身的418千克，減重了48%。

因此目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)外幾乎所有汽車(chē)企業(yè)都開(kāi)展了碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)或零部件的研發(fā)。在項(xiàng)目形成的院士建議文件中指出：我國(guó)汽車(chē)保有量約為1.5億輛，70%的成品油用于機(jī)動(dòng)車(chē)燃料，預(yù)計(jì)到2020年為3億輛，國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略難以滿足這一增長(zhǎng)需求，并且汽車(chē)排放造成的霧霾等環(huán)境惡化問(wèn)題亟待解決，新能源汽車(chē)將成為未來(lái)的一個(gè)重要交通工具，計(jì)劃到2020年新能源汽車(chē)達(dá)到500萬(wàn)輛，輕量化技術(shù)是節(jié)能減排、提高電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程的必由之路。

因此項(xiàng)目建議：建立若干“高性能纖維與輕量化產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉豆こ獭?，形成產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)具有合理開(kāi)工率、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、合理企業(yè)利潤(rùn)的完整示范工程；培育行業(yè)龍頭企業(yè)，提高規(guī)模效益，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)；設(shè)立“高性能纖維與輕量化”重點(diǎn)科技專項(xiàng)，加大科技攻關(guān)力度；建立我國(guó)高性能纖維與輕量化技術(shù)科技與人才培養(yǎng)體系和高性能纖維與輕量化國(guó)家實(shí)驗(yàn)室或國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家知識(shí)服務(wù)平臺(tái)；制定我國(guó)高性能纖維及其輕量化復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。

目前國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)在穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)、拓展應(yīng)用技術(shù)和裝備的研發(fā)、下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等全產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)方面都有了明顯的進(jìn)步。未來(lái)十年將是汽車(chē)輕量化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的十年，借著這股力量，國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)也應(yīng)全情投入到這場(chǎng)戰(zhàn)役中，我們期待在上下游齊心協(xié)力的努力下，共同愿景的驅(qū)動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)碳纖維企業(yè)能夠搬掉“高成本”這座大山，實(shí)現(xiàn)“低成本、高品質(zhì)”的應(yīng)用，助力中國(guó)汽車(chē)跟上時(shí)代步伐。

新聞鏈接：

2016年4月29日，“高性能纖維與汽車(chē)輕量化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目成果發(fā)布會(huì)在北京召開(kāi)。中國(guó)工程院環(huán)境與輕紡工程學(xué)部蔣士成、郁銘芳、姚穆、俞建勇院士，中國(guó)工程院二局高中琪局長(zhǎng)，國(guó)家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)司盧衛(wèi)生副司長(zhǎng)，國(guó)家工信部消費(fèi)品司曹學(xué)軍副司長(zhǎng)，科技部高新司曹?chē)?guó)英副司長(zhǎng)，以及來(lái)自中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)汽車(chē)輕量化聯(lián)盟、中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)、中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)、產(chǎn)業(yè)用紡織品協(xié)會(huì)、中國(guó)紡織科學(xué)院、國(guó)際汽車(chē)輕量化綠色科技聯(lián)盟的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，汽車(chē)企業(yè)、碳纖維企業(yè)、復(fù)合材料企業(yè)、相關(guān)高校研究所專家學(xué)者及10多家媒體代表共計(jì)80余人參會(huì)。

江蘇奧新新能源汽車(chē)、北京汽車(chē)股份有限公司、中復(fù)神鷹碳纖維有限公司以及吉林化纖有限公司等4家企業(yè)代表分別針對(duì)碳纖維在新能源汽車(chē)應(yīng)用技術(shù)、碳纖維在量產(chǎn)車(chē)的應(yīng)用技術(shù)、碳纖維高效生產(chǎn)技術(shù)、碳纖維原絲規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)做了重點(diǎn)發(fā)言。