常州新型碳材料产业链与创新链融合发展对策研究

周伶俐,高 岩,苏东艳

(1.常州纺织服装职业技术学院,江苏 常州 213164；2.常州市科技资源统筹服务中心,江苏 常州 213003)

0 引言

以石墨烯、碳纤维为代表的新型碳材料是新材料领域皇冠上的明珠,是我国制造业高端化突破不可或缺的关键材料,被视为未来高技术产业竞争的战略制高点。该产业链是江苏省重点培育的优势产业链,常州作为全省碳材料发展的重点区域,经过10余年的发展,在自主创新、体系布局、应用示范等方面形成一定特色和优势,于2021年3月,以新型碳材料集群入围国家先进制造业集群。但对标国际先进水平,碳材料集群仍存在价值链低端锁定的风险、某些关键核心技术受制于人、先进制造业成本偏高等短板,根源是产业链与创新链互融互促不足。基于此,本文以石墨烯、碳纤维及复合材料两大细分产业为研究样本,以“补链、强链、延链”建设为重点,以提升新型碳材料产业技术创新能力和核心竞争力为目标,多措并举布局好产业链与创新链融合的“双生”模式,畅通协同环节,促进科技与经济的深度融合,为碳材料产业高质量发展积聚强劲动力。

1 产业链创新链双链融合模式概述

目前,业界将产业链创新链双链融合模式分为两类：“围绕产业链部署创新链”和“围绕创新链布局产业链”[1]。(1)“围绕产业链部署创新链”：注重问题导向,针对产业基础高级化的需要和产业链现代化的需求,通过创新链的指向准确和硬核高效,破解产业链重大技术难题,降低产业链上下游关键核心环节的对外依存度,助力产业链延展、价值链提升。(2)“围绕创新链布局产业链”：注重效果导向,将科技创新成果转化为经济社会发展的现实动力,发掘科学新发现、技术新发明等高质量科技供给的产业场景应用,前瞻性布局产业链,助力引领发展科技含量高、市场竞争力强的战略性新兴产业。

2 国外新型碳材料产业竞争力分析

当前,世界石墨烯暂无低成本、大规模量产先例,碳纤维处于产业化发展成长期。

(1)石墨烯：目前,有欧盟、美国、英国、韩国、日本等80多个国家和地区开展石墨烯研究及应用[2]。其中,欧盟石墨烯研究起步早且系统性强,资金支持力度大,基础研究扎实,但产业化进程推进较慢。美国原创应用多,产业基础好,产业链相对完整,科研院所与企业关系较密切,科技成果转化速率更快。韩国石墨烯产业发展产学研结合紧密,在基础研究及产业化方面发展较均衡,整体发展速度较快。日本依托其良好的碳材料产业基础,进行石墨烯研究较早,产学研结合较紧密,整体发展较全面。

(2)碳纤维及复合材料：纤维生产及制备产业链主要集中在日、美、德等发达国家,下游应用领域加速向民用和新兴产业发展,日本东丽、德国西格里、日本三菱丽阳、日本东邦和美国赫氏等五大龙头企业实现全球化布局,产业集中度较明显[3]。其中,日本是碳纤维强国,掌握世界碳纤维核心技术,在小丝束碳纤维市场份额占全球49%；美国源于航空航天公司的应用驱动和生产要素的低成本,吸引大量碳纤维投资,产能最大,优先保军,在大丝束碳纤维市场份额占全球58%[4]。

3 国内典型区域新型碳材料产业竞争力分析

(1)石墨烯：起步早,技术水平与国外差距不大,目前产业链初步形成,产业集群效应显著,下游中高端产品种类呈增长态势[5-6]。其中：江苏总体水平位居全国前列,在石墨烯粉体和薄膜两大基础性材料上率先实现规模化量产；京津冀石墨烯基础研究总体处于国内一流水平,且拥有全国最集中的石墨烯研发资源和投融资平台；珠三角石墨烯产业链下游应用市场发展较快,拥有鸿纳(东莞)、烯旺新材、天润电子、贝瑞特、比亚迪等骨干企业；山东布局济南、青岛、济宁,拥有济南圣泉、华高墨烯、青岛昊鑫、青岛瑞利特、济宁利特纳米等骨干企业；宁波在石墨烯制备技术、技术支撑、产业化等方面均走在全国前列；重庆率先拥有石墨烯单层薄膜材料量产工艺等。

(2)碳纤维及复合材料：我国已突破碳纤维制备关键技术,形成碳纤维DMSO、NaSCN、DMAc三大原丝国产化技术体系和产业体系,实现系列碳纤维国产化,解决了宇航级碳纤维自主保障问题,目前正处于爆发增长期[7]。其中,吉林已形成碳纤维研发创新能力最强、产品品种及规格最多、上下游配套、产业链衔接良好的产业集群,碳纤维原丝产能居全国第一；江苏占据半壁江山,总体规模居全国第一,形成包括碳纤维制备、中间制品生产、复合材料成型开发、检验检测与标准化的产业链；威海形成PAN原丝、碳纤维、织物、预浸料、复合材料制品、树脂、装备制造、检验检测、复合材料回收的完整全产业链生态；山西从基础研发、工艺攻关、装备研制到技术基层,推动系列碳纤维产业,积极布局晋东南、晋中、晋北[8]。

4 常州市新型碳材料产业布局和技术水平分析

常州石墨烯产业规模全国第一,高端碳纤维制备规模全国第一,碳纤维复合织物市占率全国第一。

(1)石墨烯：以西太湖省级高新区为核心,已集聚石墨烯相关人才团队40多个,相关企业200余家,涵盖石墨烯设备研发、原料制备与应用研究、产品生产、下游应用、市场服务等完整产业链,创造了10余项“全球第一”,2020年,常州石墨烯及应用产业产值超40亿元。石墨烯粉体制备技术国际领先,石墨烯在功能涂料、污水处理、建筑功能材料、电采暖和石墨烯导热膜等下游应用方面的制备技术完全可控；石墨烯薄膜制备技术部分可控；石墨烯在导电复合材料、导热复合材料、增强复合材料等方面的应用制备技术基本可控；石墨烯在锂离子电池、超级电容器、光伏组件、柔性显示器、传感器、生物监测、医药载体等方面的应用制备技术部分可控。

(2)碳纤维及复合材料：以常州国家高新区为核心,已集聚中简科技、宏发纵横、新创碳谷、启赋安泰、帝威新材、常州赛瑞等骨干企业,涵盖碳纤维、织物、树脂、预浸料、复合材料制品及关键设备、检验检测全产业链,应用于航空航天航海、风力发电、交通轻量化等领域,2020年碳纤维及复合材料产业产值超80亿元。其中：中简科技实现了具有自主知识产权的ZT7系列(性能对标东丽T700)高性能碳纤维工程化的重大突破,打破国际垄断,解决了高性能碳纤维“卡脖子”问题；宏发纵横是国家制造业单项冠军企业,二维织物国内领先,实现国产替代进口,已成为国内最大的风电叶片织物供应商；启赋安泰通过收购德国高端碳纤维复合材料企业,掌握民用航空复合材料制品关键技术,助力国产大型民用客机产业发展；常州赛瑞新一代PS1热熔型预浸机操控精度高,自动化程度高,产业化稳定,实现国产替代进口。

5 碳材料产业链创新链融合发展面临的问题和成因分析

一是产业总体规模偏小,产业链拉动力不强。石墨烯领域企业以初创期的中小微企业为主,下游应用拓展受生产成本、产品质量、新产品市场接受度等多种因素影响,市场开拓不畅,总体体量偏小。

二是创新驱动支撑力不强,创新链推动力不足。常州缺乏高水平的高校院所,区域创新基础薄弱,两大细分产业建立的专业创新平台、集聚的创新资源不强,人才引育力度不够,产业核心技术和共性关键技术供给不足,整体创新基础条件和辐射能力比较有限,对新型碳材料产业创新的支撑能力不足。

三是创新成果转化不高,双链融合衔接不够。当前,常州碳材料产业科技创新体系对面向用户的应用创新关注不够,科研单位成果转化率低,实用性和推广性不强；检验检测、标准认证等专业化服务功能较弱；下游应用企业使用石墨烯等新材料、新技术意愿不强；受环保、安监、用电、资金等生产要素资源高成本的瓶颈制约,直接影响一些新型碳材料项目的落户和扩大产能。

6 常州新型碳材料产业链创新链融合发展重点

以市场为导向,以科技创新为支撑,紧紧围绕国家重点工程、国防科技工业和经济发展需要,坚持规划引领、需求导向、技术驱动、要素配套、信息融通等举措,积极促进新型碳材料产业链与创新链双向融合发展,构建技术先进、结构合理、融合发展的碳材料产业发展体系,全面推动常州碳材料产业基础高级化和产业链现代化的高质量发展。

石墨烯,以创新链引领布局产业链模式：一是突破高品质石墨烯材料制备技术,如高质量石墨烯规模化低成本绿色制备与功能调制技术、石墨烯微片规模化制备技术、开发不同应用场景的石墨烯产品等；二是以应用为牵引,鼓励下游应用领域的领军企业能领衔参与石墨烯的技术研发及产业化,建立创新联合体,对已产业化和小试阶段的关键节点技术进行协同攻关；对研发阶段的关键节点技术进行前瞻布局,力拓石墨烯中高端应用产品的产业化进程。

碳纤维及复合材料,以产业链下游低成本典型应用突破部署创新链模式：一是以关键装备和关键材料为支撑,自主化研发高性能装备低成本化的制备技术,适时布局改性环氧树脂、特种添加剂等配套材料,完善产业链条,开发小丝束和大丝束千吨级碳化线生产技术,并持续向高性能、低成本方向进行技术优化。二是以下游应用为引领,突破碳纤维及碳纤维织物、碳纤维复合材料制品、玻纤/碳纤三维预成型体、多轴向经编复合材料等技术,积极推动高端纤维在航空航天、风力发电、轨道交通、压力容器等领域的应用。

7 常州新型碳材料产业链创新链融合发展的对策建议

在新形势、新要求下,常州将立足国情、省情及市情,充分发挥自身优势,瞄准世界先进制造业集群目标,不断完善新型碳材料产业全链条综合发展,积极促进技术创新链与产业链的互补互促双向融合,以形成“点、线、面”多层次的新型碳材料应用研发与产业发展格局。

一是注重规划引领,从顶层设计推动双链融合。强化顶层设计,突出产业链培育发展与研发创新能力建设整体构建,加强集群促进机构——江南石墨烯研究院软硬件能力建设；发挥促进机构智库作用,编制好发展规划,厘清短板需求,围绕产业链部署创新链,突破“卡脖子”难题；引育重大项目时,对同时具备产业链和研发能力的项目给予政策倾斜和扶持,从源头鼓励产业链与创新链协同发展。

二是注重需求导向,提升产业链整合创新资源的能力。建立、更新企业创新技术需求数据库,推荐或组建技术团队精准对接并联合开展技术攻关,破解难题补齐短板,降低关键核心环节的对外依存度,提升产业链竞争优势；加快构建行业龙头企业当盟主,联合供应链重点企业、高校科研院所等创新组织形成的产业链创新联合体,建立健全产学研各方互利共赢的体制机制,加快突破一批关键核心技术,促进碳材料下游规模化应用。

三是注重技术驱动,提升创新链供给能力和服务水平。围绕突破先进碳产业链核心技术和关键环节,推动江苏集萃碳纤维及复合材料应用技术研究院创建国家级碳纤维及复合材料技术创新中心,加快江苏省石墨烯创新中心建设,争创国家级制造业创新中心,推动龙头企业积极申报国家级研发机构；建立创新资源数据库,加强交流合作,聚焦碳材料产业创新需求,加强前瞻研究,以创新成果引导产业链布局。

四是注重要素配套,完善影响双链交融的资金链和人才链。优化产业金融配套,引导金融资本聚焦碳材料产业,支持龙头企业通过上市融资做大做强,鼓励骨干企业通过并购、引进、参股等方式补链强链延链,提高产业链垂直整合度。优化人才引育配套,聚焦碳材料产业缺位、弱势、预研过程中的关键节点,精准引才；支持骨干企业与本地院校联合实施产教融合育才,培养工匠。

五是注重信息融通,构建双链对接的全流程科技服务体系。基于创新需求数据库和创新供给数据库,建立信息交流共享平台,为企业提供研发中试、工业设计、产品推广、检验检测等能力支撑,支持推进碳材料领域的知识产权建设和标准制定。建立科技创新成果转化协同机制,构建多形式、多层次的新型碳材料协同创新体系。引育一批专业科技服务中介机构,推进科技成果转化的规模化和效益化。