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加速爆发的新材料,究竟“新”在何处?

2023-10-27 10:18:49 来源:央视财经
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简介:近年来,一批蓬勃发展的新兴产业,正在以势如破竹的速度,成为构筑现代化产业体系的新支柱。其中,作为先进制造业的“底盘技术”,新材料是支撑高端装备和重大工程不可或缺的物质基础。
近年来,一批蓬勃发展的新兴产业,正在以势如破竹的速度,成为构筑现代化产业体系的新支柱。其中,作为先进制造业的“底盘技术”,新材料是支撑高端装备和重大工程不可或缺的物质基础。

据测算,今年1至9月,新材料产业总产值超过5万亿元,保持两位数增长。加速爆发的新材料,究竟“新”在何处?和传统材料相比,又有怎样的过人之处?

赛场上,它助力运动员刷新纪录;生活中,它让轻装上阵成为习惯;太空里,它向金属材料发起凌厉冲击。它,就是碳纤维。一束筷子粗细的T1000级碳纤维,足以拉动两架C919国产大飞机。世界上具备碳纤维研发和规模化生产能力的国家屈指可数,中国便是其中之一。


T1100级的碳纤维


中复神鹰碳纤维股份有限公司副总经理 陈秋飞:5毫米宽的一束碳纤维,里面包含了12000根单丝。今年刚刚实现量产的T1100级的碳纤维和实验室的突破不一样。只有批量稳定化生产,质量才稳定,才可以满足航空航天等大量工业化应用的需求。


碳纤维

2021年,我国首次成为全球最大的碳纤维生产国;2022年,国产碳纤维用量首次超越进口量。今年五月,全球单体最大年产2.5万吨高性能碳纤维项目,在西宁全面投产。随着国产化碳纤维大规模生产,曾经被进口限制推高的价格应声回落,受限于成本的需求大量释放。


碳纤维


像滑雪场一样开阔的一片区域,是一支海上风电叶片的内腔,这支叶片的长度达到了123米。而悬在空中的是正在吊装的主梁,主要由碳纤维制造而成,主梁在叶片中的作用相当于人的脊梁。

一支叶片的碳纤维用量大约在10吨左右,碳梁占风机叶片重量的五分之一,成本则占到三分之一以上。

铺在巨大的风机叶片中,像海苔片一样薄薄一层的碳梁,实际上最厚的地方是由十几层的碳板组成。一块重约一千克的碳板,其碳纤维含量达70%以上。今年以前,这家工厂一直使用进口碳纤维,一块碳板的价格在150元左右。工厂从今年开始使用国产碳纤维,成本下降了一半。

成本降低让企业有了更多选择,产品也有了更多可能。

中材科技风电叶片股份有限公司研发总监 李成良:我们现在量产的120米级海上风电叶片,是全球最长的海上风电叶片,限制叶片长度进一步增加的主要因素是重量。现在叶片采用的是普通模量的碳纤维,如果采用更高性能的碳纤维,可以使叶片的重量进一步减轻,叶片将来有可能做到更长。

对于日后碳纤维的供应和价格,李成良从上游供应商那里得到了信心。

即便风电叶片已经是碳纤维用量最大的行业之一,但目前碳纤维也只用在了海上风电叶片的主梁上,李成良的团队正在计划将更高性能的碳纤维用到更多关键部件中,并尝试在陆地叶片上使用碳纤维,而陆地风电叶片的市场规模,大约是海上的十倍。


碳纤维用在了海上风电叶片的主梁


用得起碳纤维的行业越来越多,用得上碳纤维的市场也在加速形成。在“双碳”战略的推动下,氢能作为未来国家能源体系的重要组成部分,吸引了一批未来产业的布局,储运就是亟待破解的难题。

缠绕碳纤维的储氢瓶,用于加氢站之间的氢气转运,相比传统的储氢钢瓶,它中间包裹的这只钢瓶内胆的厚度可以从两厘米下降到一厘米,在同样重量的情况下可以多运30%的氢气。

用更轻便的容器,储存更多的氢气,是行业的发展方向,也是碳纤维可以大显身手的地方。一条今年刚取得制造许可的产品批量生产线,目前正与车企联合开发氢燃料电池乘用车所需的储氢瓶。

一只63升的储氢瓶,可以存下相当于它体积500倍的氢气,储氢瓶内壁则处于70兆帕的高压状态。


新材料加快形成新质生产力


中材科技(苏州)有限公司研发中心副主任 吉增香:70兆帕可以理解为在指甲盖大小的面积上,要承受700公斤的重量。白色的是塑料内胆,起到密封作用,整个70兆帕的强度完全是由黑色的碳纤维提供。

无论是从0到1的突破,还是从1到100的深耕,以碳纤维为代表的新材料,不断通过技术创新,撬动产品升级,推动产业跃迁。

集聚资源协同创新 我国新材料产业进入发展新阶段

作为新型材料领域的明星,碳纤维只是新材料飞速发展的一个缩影。数据显示,2022年我国新材料产业总产值约6.8万亿元,比2012年增长了近6倍,年均复合增长率超过20%。

多项关键新材料取得突破性进展的背后,离不开科技创新的力量,而新材料的发展,又进一步支撑了新技术的进步,加快形成新质生产力,新材料还将如何发力?

国家新材料产业发展专家咨询委员会主任、中国工程院院士干勇表示,一代材料决定一代技术,新材料是一个底盘技术,同时更是一个先行技术。近年来,正是在关键材料上的一个个突破,有力支撑了我国轨道交通、载人航天、能源工程、电子信息、生物技术等新一代技术的发展,并对上下游产业形成了有力推动。

国家新材料产业发展专家咨询委员会主任 中国工程院院士 干勇:新的钢铁材料,特种合金材料,我们建造了全世界最长的4.2万公里的高铁,还有新材料发展推动了我们的新能源汽车在全世界引领技术发展。信息材料,特别是化合物半导体,我们已经突破了很多。这些新材料的发展,对制造强国在高质量发展中进入高质量阶段,已经打下了比较好的基础。


新材料加快形成新质生产力


目前,我国新材料产业面临重大战略需求,进入发展关键窗口期。以纳米材料、碳基材料、涂层材料、先进纤维材料、第三代第四代半导体等先进新材料为代表的关键核心领域,正成为全球未来竞争的焦点。


新材料加快形成新质生产力


国家新材料产业发展专家咨询委员会主任 中国工程院院士 干勇:特别是在集成电路14纳米、22纳米以下甚至到7纳米以下。这方面一些材料我们要跟上。在前沿材料的布局上,很重要的一种材料就是信息新材料。它支撑了国家整体的算力底座与未来人工智能时代的国力之争。现在量子通信、量子显示、量子计算、量子检测都在布局,包括未来6G材料,信息的存储材料等。实际上对未来产业发展也提供了基础。

近年来,在新材料领域,全球竞争越来越激烈。干勇认为,通过国家重大专项集聚创新资源,打造多主体、全链条、系统化的新材料体系,可以实现从材料大国向材料强国的转变。目前,我国新材料领域的专业技能人才数量,位居世界第一。其中,中科院和工程院院士200多名,材料科技人才超过115万人;新材料的全国重点实验室超过60个;近期启动的新材料重大专项逐步实施,这些都将成为全面推动我国新材料产业高质量发展的支撑。

家新材料产业发展专家咨询委员会主任 中国工程院院士 干勇:形成若干长久、稳定、高水平的研发平台,去全面推动中国新材料向高端发展。在新质生产力的新的阶段下,新材料会进入一个蓬勃发展的阶段。而且有些材料由于需求巨大,通过超大市场拖动,发展速度会超越常规,自主国产化的材料品种越来越多,在高端材料上的突破能力就越来越强。
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