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加速爆發(fā)的新材料,究竟“新”在何處?

2023-10-27 10:18:49 來源:央視財(cái)經(jīng)
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簡(jiǎn)介:近年來,一批蓬勃發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè),正在以勢(shì)如破竹的速度,成為構(gòu)筑現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的新支柱。其中,作為先進(jìn)制造業(yè)的“底盤技術(shù)”,新材料是支撐高端裝備和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。
近年來,一批蓬勃發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè),正在以勢(shì)如破竹的速度,成為構(gòu)筑現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的新支柱。其中,作為先進(jìn)制造業(yè)的“底盤技術(shù)”,新材料是支撐高端裝備和重大工程不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。

據(jù)測(cè)算,今年1至9月,新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值超過5萬億元,保持兩位數(shù)增長(zhǎng)。加速爆發(fā)的新材料,究竟“新”在何處?和傳統(tǒng)材料相比,又有怎樣的過人之處?

賽場(chǎng)上,它助力運(yùn)動(dòng)員刷新紀(jì)錄;生活中,它讓輕裝上陣成為習(xí)慣;太空里,它向金屬材料發(fā)起凌厲沖擊。它,就是碳纖維。一束筷子粗細(xì)的T1000級(jí)碳纖維,足以拉動(dòng)兩架C919國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)。世界上具備碳纖維研發(fā)和規(guī)?;a(chǎn)能力的國(guó)家屈指可數(shù),中國(guó)便是其中之一。


T1100級(jí)的碳纖維


中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司副總經(jīng)理 陳秋飛:5毫米寬的一束碳纖維,里面包含了12000根單絲。今年剛剛實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的T1100級(jí)的碳纖維和實(shí)驗(yàn)室的突破不一樣。只有批量穩(wěn)定化生產(chǎn),質(zhì)量才穩(wěn)定,才可以滿足航空航天等大量工業(yè)化應(yīng)用的需求。


碳纖維

2021年,我國(guó)首次成為全球最大的碳纖維生產(chǎn)國(guó);2022年,國(guó)產(chǎn)碳纖維用量首次超越進(jìn)口量。今年五月,全球單體最大年產(chǎn)2.5萬噸高性能碳纖維項(xiàng)目,在西寧全面投產(chǎn)。隨著國(guó)產(chǎn)化碳纖維大規(guī)模生產(chǎn),曾經(jīng)被進(jìn)口限制推高的價(jià)格應(yīng)聲回落,受限于成本的需求大量釋放。


碳纖維


像滑雪場(chǎng)一樣開闊的一片區(qū)域,是一支海上風(fēng)電葉片的內(nèi)腔,這支葉片的長(zhǎng)度達(dá)到了123米。而懸在空中的是正在吊裝的主梁,主要由碳纖維制造而成,主梁在葉片中的作用相當(dāng)于人的脊梁。

一支葉片的碳纖維用量大約在10噸左右,碳梁占風(fēng)機(jī)葉片重量的五分之一,成本則占到三分之一以上。

鋪在巨大的風(fēng)機(jī)葉片中,像海苔片一樣薄薄一層的碳梁,實(shí)際上最厚的地方是由十幾層的碳板組成。一塊重約一千克的碳板,其碳纖維含量達(dá)70%以上。今年以前,這家工廠一直使用進(jìn)口碳纖維,一塊碳板的價(jià)格在150元左右。工廠從今年開始使用國(guó)產(chǎn)碳纖維,成本下降了一半。

成本降低讓企業(yè)有了更多選擇,產(chǎn)品也有了更多可能。

中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司研發(fā)總監(jiān) 李成良:我們現(xiàn)在量產(chǎn)的120米級(jí)海上風(fēng)電葉片,是全球最長(zhǎng)的海上風(fēng)電葉片,限制葉片長(zhǎng)度進(jìn)一步增加的主要因素是重量。現(xiàn)在葉片采用的是普通模量的碳纖維,如果采用更高性能的碳纖維,可以使葉片的重量進(jìn)一步減輕,葉片將來有可能做到更長(zhǎng)。

對(duì)于日后碳纖維的供應(yīng)和價(jià)格,李成良從上游供應(yīng)商那里得到了信心。

即便風(fēng)電葉片已經(jīng)是碳纖維用量最大的行業(yè)之一,但目前碳纖維也只用在了海上風(fēng)電葉片的主梁上,李成良的團(tuán)隊(duì)正在計(jì)劃將更高性能的碳纖維用到更多關(guān)鍵部件中,并嘗試在陸地葉片上使用碳纖維,而陸地風(fēng)電葉片的市場(chǎng)規(guī)模,大約是海上的十倍。


碳纖維用在了海上風(fēng)電葉片的主梁


用得起碳纖維的行業(yè)越來越多,用得上碳纖維的市場(chǎng)也在加速形成。在“雙碳”戰(zhàn)略的推動(dòng)下,氫能作為未來國(guó)家能源體系的重要組成部分,吸引了一批未來產(chǎn)業(yè)的布局,儲(chǔ)運(yùn)就是亟待破解的難題。

纏繞碳纖維的儲(chǔ)氫瓶,用于加氫站之間的氫氣轉(zhuǎn)運(yùn),相比傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫鋼瓶,它中間包裹的這只鋼瓶?jī)?nèi)膽的厚度可以從兩厘米下降到一厘米,在同樣重量的情況下可以多運(yùn)30%的氫氣。

用更輕便的容器,儲(chǔ)存更多的氫氣,是行業(yè)的發(fā)展方向,也是碳纖維可以大顯身手的地方。一條今年剛?cè)〉弥圃煸S可的產(chǎn)品批量生產(chǎn)線,目前正與車企聯(lián)合開發(fā)氫燃料電池乘用車所需的儲(chǔ)氫瓶。

一只63升的儲(chǔ)氫瓶,可以存下相當(dāng)于它體積500倍的氫氣,儲(chǔ)氫瓶?jī)?nèi)壁則處于70兆帕的高壓狀態(tài)。


新材料加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力


中材科技(蘇州)有限公司研發(fā)中心副主任 吉增香:70兆帕可以理解為在指甲蓋大小的面積上,要承受700公斤的重量。白色的是塑料內(nèi)膽,起到密封作用,整個(gè)70兆帕的強(qiáng)度完全是由黑色的碳纖維提供。

無論是從0到1的突破,還是從1到100的深耕,以碳纖維為代表的新材料,不斷通過技術(shù)創(chuàng)新,撬動(dòng)產(chǎn)品升級(jí),推動(dòng)產(chǎn)業(yè)躍遷。

集聚資源協(xié)同創(chuàng)新 我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展新階段

作為新型材料領(lǐng)域的明星,碳纖維只是新材料飛速發(fā)展的一個(gè)縮影。數(shù)據(jù)顯示,2022年我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約6.8萬億元,比2012年增長(zhǎng)了近6倍,年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過20%。

多項(xiàng)關(guān)鍵新材料取得突破性進(jìn)展的背后,離不開科技創(chuàng)新的力量,而新材料的發(fā)展,又進(jìn)一步支撐了新技術(shù)的進(jìn)步,加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力,新材料還將如何發(fā)力?

國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任、中國(guó)工程院院士干勇表示,一代材料決定一代技術(shù),新材料是一個(gè)底盤技術(shù),同時(shí)更是一個(gè)先行技術(shù)。近年來,正是在關(guān)鍵材料上的一個(gè)個(gè)突破,有力支撐了我國(guó)軌道交通、載人航天、能源工程、電子信息、生物技術(shù)等新一代技術(shù)的發(fā)展,并對(duì)上下游產(chǎn)業(yè)形成了有力推動(dòng)。

國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任 中國(guó)工程院院士 干勇:新的鋼鐵材料,特種合金材料,我們建造了全世界最長(zhǎng)的4.2萬公里的高鐵,還有新材料發(fā)展推動(dòng)了我們的新能源汽車在全世界引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展。信息材料,特別是化合物半導(dǎo)體,我們已經(jīng)突破了很多。這些新材料的發(fā)展,對(duì)制造強(qiáng)國(guó)在高質(zhì)量發(fā)展中進(jìn)入高質(zhì)量階段,已經(jīng)打下了比較好的基礎(chǔ)。


新材料加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力


目前,我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)面臨重大戰(zhàn)略需求,進(jìn)入發(fā)展關(guān)鍵窗口期。以納米材料、碳基材料、涂層材料、先進(jìn)纖維材料、第三代第四代半導(dǎo)體等先進(jìn)新材料為代表的關(guān)鍵核心領(lǐng)域,正成為全球未來競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。


新材料加快形成新質(zhì)生產(chǎn)力


國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任 中國(guó)工程院院士 干勇:特別是在集成電路14納米、22納米以下甚至到7納米以下。這方面一些材料我們要跟上。在前沿材料的布局上,很重要的一種材料就是信息新材料。它支撐了國(guó)家整體的算力底座與未來人工智能時(shí)代的國(guó)力之爭(zhēng)?,F(xiàn)在量子通信、量子顯示、量子計(jì)算、量子檢測(cè)都在布局,包括未來6G材料,信息的存儲(chǔ)材料等。實(shí)際上對(duì)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展也提供了基礎(chǔ)。

近年來,在新材料領(lǐng)域,全球競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。干勇認(rèn)為,通過國(guó)家重大專項(xiàng)集聚創(chuàng)新資源,打造多主體、全鏈條、系統(tǒng)化的新材料體系,可以實(shí)現(xiàn)從材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。目前,我國(guó)新材料領(lǐng)域的專業(yè)技能人才數(shù)量,位居世界第一。其中,中科院和工程院院士200多名,材料科技人才超過115萬人;新材料的全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室超過60個(gè);近期啟動(dòng)的新材料重大專項(xiàng)逐步實(shí)施,這些都將成為全面推動(dòng)我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的支撐。

國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)主任 中國(guó)工程院院士 干勇:形成若干長(zhǎng)久、穩(wěn)定、高水平的研發(fā)平臺(tái),去全面推動(dòng)中國(guó)新材料向高端發(fā)展。在新質(zhì)生產(chǎn)力的新的階段下,新材料會(huì)進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的階段。而且有些材料由于需求巨大,通過超大市場(chǎng)拖動(dòng),發(fā)展速度會(huì)超越常規(guī),自主國(guó)產(chǎn)化的材料品種越來越多,在高端材料上的突破能力就越來越強(qiáng)。
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