广东省“碳纤维与高分子材料”重点专项发展情况分析及建议*

文/陈雪

1 实施重点专项的必要性

关键核心技术是国之重器，对推动我国经济 高质量发展、保障国家安全具有十分重要的意义。为加快解决广东省新材料产业核心技术、关键零部件、重大装备受制于人的瓶颈问题，将“大国重器”牢牢掌握在自己手中，开展重点专项的编制研究势在必行。

为全面贯彻落实党的十九大精神和习近平总书记关于加强关键核心技术攻关的重要讲话精神，按照广东省委十二届二次、三次、四次全会和全省科技创新大会部署，落实《“十三五” 广东省科技创新规划（2016－2020 年）》等提出的任务，推动广东省新材料领域创新和产业化发展，开展“碳纤维及高性能高分子基复合材料”重点专项工作十分必要。推进该专项的顺利实施，对于解决碳纤维及高性能高分子基复合材料原创性技术和核心技术不足问题，补齐广东省碳纤维及高性能高分子基复合材料短板，攻克碳纤维及高性能高分子基复合材料核心技术和工艺，实现碳纤维及高性能高分子基复合材料产业化应用，促进广东省高端制造产业的发展和传统制造产业的转型升级具有重要意义。

2 发展现状

2.1 全球碳纤维与高分子基复合材料产业发展现状

“曲高和寡”“贵族材料”是碳纤维产业发展初期的“标签”，随着日本、欧美等国外大型企业碳纤维及高性能高分子基复合材料技术的快速发展及产业应用更为广泛和深入，目前其已占据全球95%以上碳纤维市场，其中日本、美国占据绝对主导优势。

相对于小丝束碳纤维，大丝束碳纤维是未来发展的制高点。大丝束碳纤维主要应用在工业领域，如汽车、轨道交通、风电叶片、能源建筑等，预计未来几年需求增速每年超过 16%以上，到2020年，全球需求预计达到15万吨以上，我国需求将达到7.7万吨以上。欧洲地区由于劳动力成本、环境保护标准比美国和亚洲等其他地区更高，在热塑性复合材料加工及工艺上独占鳌头，具体情况见表1。

2.2 国内碳纤维与高分子材料产业发展现状

我国碳纤维产业发展起步不算晚，碳纤维企业有30多家，但是总体研发水平和生产水平落后，在市场上仍无法与美日公司竞争。一方面，“一窝蜂”对标在军品碳纤维应用领域，而军品市场目前容量仅仅为200吨～300吨的规模，这种混乱状况不仅不利于军品的发展，反而对有限的军品市场形成了冲击；另一方面，工业应用的碳纤维需求迅猛发展，2016年起，仅经过短短几年发展的风电叶片对碳纤维的需求总量就超过经过几十年发展的航空航天应用，压力容器、汽车及高铁等工业对碳纤维的需求也在迅猛发展。工业应用碳纤维的核心要素是“低成本”与“大丝束”，在工业应用碳纤维领域，我国强大的腈纶工艺已经可以提供具有国际竞争优势的原丝，只需要做好碳化环节，就可能形成具有国际竞争优势的碳纤维产业。

表1 国际碳纤维及高性能高分子基复合材料产业发展情况

2.3 广东省碳纤维与高分子材料产业发展现状

广东省碳纤维高分子基复合材料在多个工业领域应用已具有较强的技术研发和产业化制备能力，处于国内优势地位，拥有金发科技、亚太新材料、广州赛奥碳纤维以及宏毅公司等碳纤维材料研发企业。在碳纤维制备方面，虽然广东优势不明显，但是发展势头强劲，2018年1－7月全省碳纤维增强复合材料产量同比增长37.4%，但是，这样的产量远远不能满足市场的需求，碳纤维及复合材料在新兴应用市场需求巨大。从我国碳纤维消费量来看，2017年广东依然保持第一，达0.56万吨，特别在汽车、高速列车等交通运输工具轻量化方面有特殊需求。发展碳纤维及碳纤维复合材料，推进高强度碳纤维的研发与产业化，已被列入《广东省先进制造业发展“十三五”规划（2016－2020 年）》的重点发展方向。

3 问题与技术瓶颈

3.1 现阶段发展中主要问题

目前，日本等国家大型企业占据全球95%以上碳纤维市场，并利用其技术和规模优势压低价格，导致国内企业被迫降价。受国外企业低价倾销和恶意竞销的影响，下游复合材料企业成本波动很大，加上我国碳纤维行业存在自主创新能力不强、关键技术落后、复合材料产业薄弱和市场应用开发滞后等问题，碳纤维行业研发、生产与应用相互脱节，产业链不畅通已成为制约我国碳纤维及其树脂基复合材料行业健康发展的一大瓶颈。因此，通过开展专项研究，解决“卡脖子”核心技术，相关重点专项设立的必要性不言而喻。

3.2 主要技术瓶颈

国家“十三五”规划中明确指出碳纤维复合材料是关键战略材料之一。广东省在高性能热塑性树脂材料及其碳纤维复合材料的工业应用方面，具有较强的技术研发和生产制造能力，处于国内优势地位，但在碳纤维制造方面优势不明显。碳纤维及其复合材料的新兴应用市场需求巨大，特别在汽车、高速列车等交通运输工具轻量化方面有特殊需求，但目前占据市场主导地位的碳纤维热固性复合材料存在着一系列问题，如成型周期长、生产效率低、自动化程度低、成本较高、冲击性能差、工艺过程释放挥发性有机化合物（VOC）且回收困难、配套生产线用关键设备昂贵等，导致应用遇到很大的局限性，影响复合材料产业链的完善与提升。连续纤维热塑性复合材料能够全面解决热固性复合材料的难题，已成为国外轻量化技术的主要发展方向之一。

3.2.1 碳纤维复合材料用高性能热塑性高分子材料合成技术

重点针对汽车轻量化方向，研发热塑性树脂与碳纤维界面技术、碳纤维热塑性高分子复合材料批量制备成型技术和碳纤维高性能热塑性高分子复合材料应用关键技术，解决碳纤维与热塑性树脂在成型过程中的界面结合、完全浸润这一国内外工业界尚未完全克服的核心技术瓶颈难题。

3.2.2 低成本高性能碳纤维产业化技术与装备国产化

针对我国碳纤维生产成本高、有效供给严重不足的现状，建立全新高效低成本氧化碳化理论体系，研发出自主的、国际领跑的，以高效低成本预氧化技术为代表的低成本碳化线技术及装备体系。

3.2.3 碳纤维增强高性能热塑性高分子复合材料成型及应用技术

重点研究制备碳纤维片增强热塑性树脂复合材料，突破长纤增强成型工艺复杂、难以连续化的难题和短纤增强强度不高的瓶颈。

4 发展建议

4.1 注重基础创新，加快关键共性技术创新发展

结合广东省产业在高性能高分子基复合材料等领域的特色发展需求，着力推动核心装备、关键材料及集成技术攻关。突破高强碳纤维高效低成本制备及应用的共性关键技术，包括开展低成本碳纤维材料、高性能热塑性高分子材料、碳纤维增强高性能热塑性高分子复合材料、高性能复合材料应用产品的开发技术研究；开展碳纤维与热塑性高分子材料高效充分浸润技术、碳纤维展纱技术、复合材料仿真智能集成化设计、复合材料制备自动化连续化等关键技术研究；开展以汽车结构件/半结构件为主的复合材料制备及应用技术研究。

4.2 凝练组织关键核心技术攻关项目

围绕攻关方向和重点领域，组织省内骨干企业，进一步凝练核心技术攻关课题，特别是龙头骨干企业已经投入力量开展前期研究的课题，系统设计攻关项目。根据近年来海关进口数据，精准分析主导产业、骨干企业大宗国际采购的核心零部件、关键设备，高校院所、大型实验室购买的高附加值进口仪器设备等，梳理需要攻克的关键零部件和重大装备；通过对“瓦森纳协议”、美国“301调查”的分析，从西方发达国家对我国实施出口管制的技术和产品清单中凝练攻关项目；对目标清晰、研究力量相对明确的攻关项目，采用主动组织的方式定向委托优势单位牵头开展。

4.3 多领域典型应用，抢占行业话语权

通过开展重点专项，争取达到技术国际领先、产业并跑水平。在碳纤维复合材料用高性能热塑性高分子材料合成技术方面，解决碳纤维与热塑性树脂在成型过程中的界面结合、完全浸润这一国内外工业界尚未完全克服的核心技术瓶颈难题，突破成套生产装备技术，创造性建成国内首条低成本连续化制备碳纤维热塑性复合材料生产线；在低成本高性能碳纤维产业化技术与装备国产化方面，建立全新高效低成本氧化碳化理论体系，研发出自主的、国际领跑的以高效低成本预氧化技术为代表的低成本碳化线技术及装备体系；在碳纤维增强高性能热塑性高分子复合材料成型及应用技术方面，制备碳纤维片增强热塑性树脂复合材料，突破长纤增强成型工艺复杂、难以连续化的难题和短纤增强强度不高的瓶颈，解决高性能热塑性树脂复合材料高效浸润“卡脖子”问题。攻克碳纤维及其树脂基复合材料全产业链关键技术，实现低成本碳纤维复合材料的产业化。发挥碳纤维复合材料产业链特色，结合省内、联合国内优势研发条件，布局低成本碳纤维材料、高性能热塑性高分子树脂、碳纤维热塑性复合材料、碳纤维复合材料应用制品、装备与制造、应用与量产等重点方向，以确保最终成果转化以及产业化应用。

4.4 加强省部合作，主动对接国家重大科技项目

聚焦国家和广东省战略需求，加强与科技部、教育部、工信部、中国科学院、中国工程院等国家部委和相关机构单位的对接，吸引集聚国家战略创新资源，主动承接国家重大科技项目，实现与国家科技重大专项、重点研发计划和国家自然科学基金重大项目的衔接。对领域内已完成验收的国家重大科技项目，能在广东开展后续研究或产业化应用的，给予接续支持；对广东省优势技术领域，争取与国家部委共同组织实施一批重点项目，给予联动支持；对国家已立项但经费未能足额资助，或可结合广东省实际情况进行拓展延伸项目研究内容的，给予补齐支持；对申报国家项目且评审结果靠前但未获立项的，若项目由广东省内单位牵头或参与申报，或者省外申报团队愿意到广东省内开展研究、进行转化落地的，给予补充支持。

4.5 引入并行资助模式或“揭榜制”增强竞争动力

在前沿性、引领性和颠覆性技术攻关领域，可引入并行资助模式，经过行业专家的咨询论证，在重点攻关领域可资助两个或多个评估结果排名靠前、技术路线不同的项目，鼓励科研团队间开展竞争，进一步激发创新动力，为核心技术精准突破提供更有力的保障。针对目标清晰的重大行业关键共性技术，采用“揭榜制”面向全社会征集最优研发团队、最佳解决方案。鼓励行业骨干企业结合自身需求倍增“揭榜奖励金”，通过市场匹配确定攻关项目，有能力的科研单位和研究团队通过公开应答的方式主动揭榜，项目实施以结果“论英雄”，政府委托专业机构会同技术产品需求方验证项目成果，通过市场检验提出“揭榜奖励金”的分期拨付和最终给付意见；对企业出大部分奖励资金，或企业出资达到一定比例的项目，由该企业牵头或参与动态考核，并优先使用其项目成果。