在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展的早期,碳纖維原材料的技術(shù)進(jìn)步對復(fù)合材料制品行業(yè)發(fā)展的推動具有決定性因素。而經(jīng)過行業(yè)多年發(fā)展,技術(shù)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已日臻成熟,如今碳纖維等原材料對復(fù)合材料制品性能提升的重要性在降低,行業(yè)的主要競爭核心正在逐步向制品企業(yè)的設(shè)計能力、工藝能力、樹脂配方等能力上轉(zhuǎn)移,行業(yè)變革動力從原材料廠商轉(zhuǎn)移到制品廠商。
以航天、軍工應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槔@些行業(yè)所應(yīng)用的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制品單位價格高、結(jié)構(gòu)復(fù)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(diǎn)要求該領(lǐng)域的復(fù)合材料廠商需具備極強(qiáng)的工藝研發(fā)設(shè)計、模具設(shè)計生產(chǎn)與樹脂配方等各方面的綜合研發(fā)設(shè)計能力,復(fù)合材料廠商的綜合實(shí)力提升對行業(yè)進(jìn)步的重要性至關(guān)重要。
“十三五”以來,中國航天、國防、高端裝備制造業(yè)快速發(fā)展,民用工業(yè)供給側(cè)改革效果顯著,下游領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)升級對先進(jìn)結(jié)構(gòu)、功能材料也呈現(xiàn)出新的質(zhì)量與性能要求。
以航天器所用高性能復(fù)合材料為例,艙體所用碳纖維復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)件須達(dá)到比強(qiáng)度、復(fù)雜度要求,又須有耐熱功能。樹脂是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中主要的基體成分,對復(fù)合材料整體性能的發(fā)揮起著關(guān)鍵作用,其性能對復(fù)合材料制品的耐熱、耐腐蝕等功能發(fā)揮直接決定作用。因此,作為航空、航天與軍工等產(chǎn)業(yè)重要的裝備材料,高性能碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)功能一體化發(fā)展將為復(fù)合材料在這些高端制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用帶來更多優(yōu)勢。
盡管我國在結(jié)構(gòu)/吸波復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)/防熱復(fù)合材料等方面的研究取得明顯進(jìn)展,但國內(nèi)結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)與技術(shù)發(fā)展仍存在問題,存在資源整合能力不夠、部分重要領(lǐng)域研發(fā)能力空缺、跨學(xué)科或產(chǎn)學(xué)研技術(shù)共享不充分、低水平重復(fù)等問題。具備碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)功能一體化研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化能力的行業(yè)企業(yè)或機(jī)構(gòu),將在未來國內(nèi)或國際行業(yè)競爭中進(jìn)一步取得發(fā)展先機(jī),鞏固提升綜合競爭能力。
預(yù)浸料是復(fù)合材料制造加工過程中重要的半成品,利用預(yù)浸料工藝制造碳纖維復(fù)合材料的技術(shù)已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用,因此先進(jìn)的預(yù)浸料制備技術(shù)與設(shè)備對碳纖維復(fù)合材料的性能提升與產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。
熱塑性碳纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)性能、較短的生產(chǎn)周期以及可回收性能,受到市場與行業(yè)的普遍認(rèn)可。日、德、美等發(fā)達(dá)國家在碳纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸料制造技術(shù)已較為成熟,并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。而中國國內(nèi)市場的預(yù)浸料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)仍局限于熱固性預(yù)浸料,熱塑性預(yù)浸料技術(shù)與國際水平相比較為落后,市場普遍被國外企業(yè)產(chǎn)品占據(jù)。由于應(yīng)用行業(yè)發(fā)展迅速,進(jìn)口熱塑性預(yù)浸料昂貴的價格已成為制約下游市場進(jìn)一步成長的重要因素,國內(nèi)下游廠商對國產(chǎn)熱塑性預(yù)浸料的需求日益增長。熱塑性預(yù)浸料的技術(shù)研發(fā)與進(jìn)口替代將成為中國復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵課題之一。
2020與2021兩年間,中國航天事業(yè)步入快速發(fā)展軌道,除發(fā)射火箭次數(shù)創(chuàng)下新高外,一線商業(yè)航天公司學(xué)習(xí)美國SpaceX、藍(lán)色起源等公司的商業(yè)模式與經(jīng)驗(yàn),也紛紛推出“快舟”“雙曲線”“谷神星”等較為成熟的商業(yè)火箭。而中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司的成立也意味著大量地軌衛(wèi)星的發(fā)射需求,向市場展示出一幅廣闊的中國“星鏈”產(chǎn)業(yè)前景,將會從下游催生出大量的低價商業(yè)火箭需求。
此外,中國在商用遙感衛(wèi)星處于后來者和追趕者的角色,逐步形成了高分、風(fēng)云、資源、海洋等國家遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。2021年12月,美國詹姆斯韋伯空間望遠(yuǎn)鏡(James Webb SpaceTelescope)的成功發(fā)射,也為中國未來空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展提供了寶貴的借鑒意義。
十三五以來,國家針對新材料產(chǎn)業(yè)與軍民融合等多個領(lǐng)域密集出臺產(chǎn)業(yè)扶持政策?!吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中提出,要提升高端新材料等制造業(yè)核心競爭力,明確提出“加強(qiáng)碳纖維、芳綸等高性能纖維及其復(fù)合材料……研發(fā)應(yīng)用”,加快補(bǔ)齊基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝的瓶頸短,將碳纖維復(fù)合材料等新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提高到國家戰(zhàn)略層面。
黨的十九大提出要建設(shè)航天強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。此外,軍民融合也上升為國家戰(zhàn)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(yè)的發(fā)展,同時也推動了我國民企對軍事裝備建設(shè)發(fā)展的參與,加大了中國民營企業(yè)能夠承接的航天設(shè)備、武器裝備制造業(yè)務(wù)的多樣性。這不僅將加大對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的需求,也對企業(yè)的工藝能力、設(shè)計能力等綜合實(shí)力提出了更高的要求。