【研报】建材行业新材料思考系列：制品星星火破原丝重重障-210319（16页）.pdf

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1、横纵观：市场牵引是技术进步的反推力任何新材料的诞生和普及，都会经历一个漫长的研制-试验-工业化-稳定量产的爬坡过程，中间会涉及诸多重要技术难关与工艺节点，通过研究碳纤维纵向发展史，以及横向对比玻纤发展史，我们发现新材料要实现产业化都离不开下游应用的发掘，好的应用市场可以催化新材料的普及以及反向推动技术进步。纵观：碳纤维发展史-成也应用，败也应用日、美、英：三种发展经验。碳纤维及其高性能化的基础科学研究最先发端在美国，但美国对碳纤维的研究一直集中在人造丝基上，错过了性能最好的 PAN 基的发展。PAN 基碳纤维发端于日本，高模高强技术完整成型于英国，但由于英国碳纤维在罗尔斯-罗伊斯公司(后简称罗

2、罗公司)发动机项目上应用的失败，导致英国碳纤维在很长一段时间里打不开应用窗口，错失商业化先机。同期，日本东丽开始绕过美欧主导的航空市场进军民用制品市场率先实现碳纤维商业化，美国凭借波音飞机碳纤维的应用打开了市场，并通过与日本企业技术互换形成了完整的产业化链条。日本-从民品破局，铸就全球龙头。1959 年日本大阪工业试验所的近藤昭男博士发现 PAN 基作为碳纤维前驱体，热稳定性好，碳转化率达50%60%，奠定了碳纤维产业化基础。东海碳素公司和日本碳素公司最早从近藤先生处获得专利授权，东丽起步较晚，在研究突破单体、聚合和纺丝等一系列前驱体 PAN 纤维技术的难题后，1960 年代东丽绕开欧美企业主

3、导的航空航天市场凭借高尔夫球杆碳纤维应用，一举打开下游民用休闲制品市场，领先全球实现碳纤维商业化。随后的 1970 年代中，东丽通过与美国联合碳化物公司技术互换，将T300 带进美国市场，1975年，东丽的碳纤维应用在波音 737 的次承力部件，自此东丽与波音两家公司开始了超长期合作。英国-研制领先应用落后，错失第一身位。英国 PAN 基碳纤维技术研究引领全球，瓦特在近藤昭男的研究基础上制备出了真正意义上高模高强PAN 基碳纤维。该专利最先转让给了英国的三家公司，摩根坩埚公司、考陶尔兹公司和罗罗公司(罗尔斯罗伊斯航空发动机公司)。其中，罗罗公司率先采用碳纤维增强树脂(CFRP)技术研制飞机发动

4、机进气叶片，但遭遇惨败，英国碳纤维技术和产业受此影响，一直未能打开应用窗口。 1980 年代后英国由于缺乏应用的支撑，开始技术转让，其中美、日对PAN基技术的承接也进一步促进了全球碳纤维的发展。美国-航空航天大制造牵引应用市场。尽管美国是碳纤维的发源地，并且杜邦公司在 1940 年代就发明了丙烯腈纤维技术并开始商业化生产，但美国对碳纤维早期研究更加专注于人造丝基, 由此在PAN基的发展上落后于英国和日本。1970-1980 年，美国联合碳化物公司与日本东丽签订技术互换，自此两家公司同时拥有了高性能碳纤维生产的全过程技术，加上 70 年代对应油价高涨出现的节能飞机计划，波音公司提出了商用飞机对碳

5、纤维的应用要求，在商用飞机这样一个大下游的有力牵引下，美国后发先至地形成碳纤维全产业化链条。1) 东丽模式：从下游制品细分市场做起，实现份额的扩大和规模效应加强，再通过技术换市场突破美国航空航天和商用飞机大市场，实现全球扩张;2) 美国模式：由航空航天大市场牵引，以单个下游需求作为强力支撑去获取和承接相应技术，形成完整产业链条;3) 英国模式：从英国在碳纤维市场中走向衰退的经验来看，应用市场的打开确是碳纤维普及的必要条件，没有本地市场承接的上游技术最后将走向对外转移，而以罗罗公司发动机研制失败经验来看，将鸡蛋放在一个应用篮子里是存在风险的。横观：玻纤生产技术和应用技术是关键20 世纪30 年代

6、，美国欧文斯.科宁(Owens Corning)公司生产的玻璃纤维问世。19381942 年，环氧树脂、聚酯相继研制成功， 玻璃钢工业诞生，并在军工方面得到应用，如防刺穿的汽油桶,飞机部件,雷达罩,军用盔甲等。 第2 次世界大战促进了玻璃纤维工业的迅速发展。1950 年，美国杜邦公司发明偶联剂，在解决无机玻璃纤维与有机树脂间的界面结合问题方面取得突破，玻纤复合材料发展，使得玻纤应用范围迅速扩大;1959 年，年产1000 吨的玻璃纤维池窑拉丝工艺投入运行;20 世纪70 年代