CAIEC路演 | 四方碳纖維：航空熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目
2022-09-24
打破國(guó)外技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)高端復(fù)合材料原料、制造技術(shù)及成型設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。
四方碳纖維復(fù)合材料團(tuán)隊(duì)
依托中車集團(tuán)和上海商飛打造輕量化交通戰(zhàn)略對(duì)低成本高性能碳纖維復(fù)合材料的巨大需求，需要配套高性能復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)零部件定向研發(fā)和生產(chǎn)能力的建設(shè)。四方團(tuán)隊(duì)始終以連續(xù)碳纖維熱塑復(fù)合材料技術(shù)在航空航天和高速列車上的應(yīng)用為己任，依托團(tuán)隊(duì)專有的連續(xù)碳纖維熱塑預(yù)浸料和連續(xù)模壓成型技術(shù)，已突破高性能復(fù)合材料技術(shù)的瓶頸，極大促進(jìn)航空航天和軌道交通行業(yè)高端裝備自主可控。
四方團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的技術(shù)成果于2021年10月在陜西省銅川市實(shí)現(xiàn)落地，為投資4.7億元的連續(xù)纖維熱塑復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（陜西省十四五重大項(xiàng)目）提供技術(shù)支撐，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)盈利。真正實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國(guó)、強(qiáng)軍、富民、助力中國(guó)制造2025。
航空熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化
高性能碳纖維復(fù)合材料是保障國(guó)家重大戰(zhàn)略實(shí)施和高端裝備發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。但我國(guó)在連續(xù)碳纖維/PEEK特種熱塑性預(yù)浸料制備技術(shù)和高效低成本成型技術(shù)方面與國(guó)外有巨大差距，導(dǎo)致此類戰(zhàn)略新興材料在航空航天和國(guó)防領(lǐng)域的應(yīng)用受到了極大限制。
本項(xiàng)目依托技術(shù)團(tuán)隊(duì)專有的連續(xù)碳纖維熱塑預(yù)浸料、連續(xù)模壓成型技術(shù)和高端裝備，打破國(guó)外對(duì)高端復(fù)合材料壟斷，實(shí)現(xiàn)高端復(fù)合材料原料與制造技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化。為行業(yè)提供高端熱塑預(yù)浸料、高端復(fù)合材料制品、裝備及測(cè)試評(píng)價(jià)等一整套服務(wù)。滿足航空航天、軌道交通和軍工領(lǐng)域?qū)Φ统杀尽⒏咝阅芴祭w維復(fù)合材料的需求。
各位專家評(píng)委，下午好。我匯報(bào)的項(xiàng)目是航空熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。項(xiàng)目背景：一代材料，一代飛機(jī)，材料的升級(jí)引領(lǐng)著飛機(jī)的更新迭代。在雙碳和輕量化背景下，碳纖維及其復(fù)合材料成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，每減重1公斤，在飛機(jī)整個(gè)生命周期將增加50萬(wàn)美元收益，減少25噸二氧化碳有效排放。復(fù)合材料包括熱固性和熱塑性復(fù)合材料，高性能熱固性碳纖維復(fù)合材料已成為航空航天運(yùn)載器、衛(wèi)星和遠(yuǎn)程武器等結(jié)構(gòu)的主承力材料。但熱固性碳纖維復(fù)合材料成型為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，存在高能耗、高成本、高報(bào)廢率、難回收、韌性大等問(wèn)題；相對(duì)而言，熱塑性復(fù)合材料成型為物理過(guò)程，具有可回收、可修復(fù)、成型周期短、生產(chǎn)效率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)航空航天和軌道交通領(lǐng)域?qū)Φ统杀靖咝阅軓?fù)合材料巨大需求，連續(xù)碳纖維/熱塑復(fù)合材料需求正逐年快速增加。我們選擇熱塑性樹(shù)脂是PEEK（聚醚醚酮），被稱為工程塑料之王，它具有優(yōu)異耐高低溫性能、防輻射性能和生物相容性，可以長(zhǎng)時(shí)間在-196至270度使用，短時(shí)間300度使用。因此，金字塔頂端的PEEK樹(shù)脂+貴族連續(xù)碳纖維= 本項(xiàng)目制備的高性能碳纖維復(fù)合材料。低成本、高性能、標(biāo)準(zhǔn)化、一致性是商用飛機(jī)的未來(lái)。市場(chǎng)痛點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)低成本高性能？原材料和成型裝備是實(shí)現(xiàn)低成本，高性能的關(guān)鍵。產(chǎn)品和服務(wù)：依托團(tuán)隊(duì)連續(xù)碳纖維熱塑預(yù)浸料、連續(xù)模壓成型技術(shù)和研發(fā)定制CCM設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高端復(fù)合材料原料與制造技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化。我們提供熱塑預(yù)浸料、高端復(fù)合材料、成型裝備和測(cè)試評(píng)價(jià)等一整套服務(wù)。團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人康凱，曾經(jīng)主導(dǎo)四個(gè)項(xiàng)目在陜西省落地。最重要的是2021年主導(dǎo)總投資4.7億連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料在陜西省銅川市落地。作為陜西本地人，康總把所有的熱情都投向了陜西這片熱土。我是項(xiàng)目聯(lián)合創(chuàng)始人、市場(chǎng)總監(jiān)羅鈺。主要從事熱塑性PEEK預(yù)浸料制備，快速成型工藝研究、熱塑性PEEK復(fù)合材料3D打印，在復(fù)合材料領(lǐng)域有10年以上研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。我們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)是?？得窠淌趲ьI(lǐng)的北航博士團(tuán)隊(duì)，牛老師曾參與波音787夢(mèng)想飛機(jī)和P8A反潛機(jī)復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與項(xiàng)目研制；此外，李宏福博士和梁立興博士也是我們核心技術(shù)專家。團(tuán)隊(duì)專家顧問(wèn)是盧秉恒院士、張以河院士、中車四方總工丁叁叁和國(guó)家增材制造中心主任夏進(jìn)良教授。得益于精良的團(tuán)隊(duì)規(guī)模，讓我們對(duì)做好項(xiàng)目充滿信心。關(guān)鍵技術(shù)1---CF/PEEK預(yù)浸料：采用濕粉法和撒粉法的雙鋼帶熱等靜壓技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)單向帶和織物兩種熱塑性預(yù)浸料批量生產(chǎn)能力，而國(guó)外對(duì)高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料限量供應(yīng)，預(yù)浸料價(jià)格就在3000元以上。關(guān)鍵技術(shù)2---CCM工藝：被稱為連續(xù)模壓成型技術(shù)，通過(guò)預(yù)浸料自動(dòng)鋪放、連續(xù)模壓制備11類220種型材標(biāo)準(zhǔn)零部件。其具體優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在生產(chǎn)速度的提升，達(dá)60~90米每分鐘，生產(chǎn)效率提升了100倍，使人工和生產(chǎn)成本大幅降低，同時(shí)成品率達(dá)99%以上。4. 競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)性能優(yōu)勢(shì)：更優(yōu)的力學(xué)性能，同時(shí)抗彎曲、層間剪切是熱固的1.5倍，且具有10倍的耐損傷性，更高的耐化學(xué)性和阻燃性能。價(jià)格優(yōu)勢(shì)：材料和成型裝備餓自主可控，使得我們項(xiàng)目產(chǎn)品價(jià)格1500-2000元/Kg。相對(duì)于航空航天、軍工和民用制品，表現(xiàn)出明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。專利及認(rèn)證：利用CCM技術(shù)制作的熱塑性航空座椅已通過(guò)美國(guó)的FAA適航認(rèn)證。為全球領(lǐng)先的16G航空座椅、適配波音和空客主力機(jī)型，為商飛國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)應(yīng)用鋪平了道路。競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)總結(jié)：高性能樹(shù)脂、高性能熱塑性預(yù)浸料和CCM成型裝備，三大關(guān)鍵性技術(shù)突破，讓我們真正解決了低成本、高性能的市場(chǎng)痛點(diǎn)。同時(shí)我們具有全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，復(fù)合材料制造技術(shù)達(dá)到國(guó)際前三水平。高性能碳纖維復(fù)合材料航空市場(chǎng)：未來(lái)10年的客機(jī)需求量超過(guò)8000架，碳纖維復(fù)合材料在C919用量達(dá)到12%，C929將超過(guò)50%。隨著C919交付和三代，四代機(jī)的迭代，碳纖維復(fù)合材料用量將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，市場(chǎng)體量達(dá)到每年1200億到1500億元每年。高性能碳纖維復(fù)合材料軌道交通市場(chǎng)：中國(guó)高速動(dòng)車組3800組車，碳纖維復(fù)合材料份額若占到30%，將產(chǎn)生50萬(wàn)噸需求，若推廣至城軌車輛將產(chǎn)生100萬(wàn)噸需求，市場(chǎng)體量每年300億到700億元每年。CCM成型技術(shù)可以完全滿足航天軌道交通領(lǐng)域萬(wàn)噸級(jí)市場(chǎng)需求，這還未涉及后續(xù)的維保。我們有足夠的時(shí)間來(lái)切入軍工，船舶兩大高端板塊，同時(shí)積極培育醫(yī)療器械，汽車等其他可盈利市場(chǎng)。合作進(jìn)度：中航623所測(cè)試報(bào)告、商飛的保密和技術(shù)合作協(xié)議、蘇州市四個(gè)區(qū)給我們的投資意向書。我們的商業(yè)模式是銷售高端預(yù)浸料和CCM裝備，最重要的是我們的產(chǎn)業(yè)模式---標(biāo)準(zhǔn)化工廠實(shí)行全國(guó)多點(diǎn)復(fù)制。西部生產(chǎn)基地---落地為陜西省銅川首啟復(fù)合材料有限公司，陜西省“十四五”重大項(xiàng)目，總投4.7億，建設(shè)三條生產(chǎn)線，年產(chǎn)高性能復(fù)合材料2100噸，2022年投產(chǎn)，以滿足商飛和中車四方的需要。東部生產(chǎn)基地---蘇州市產(chǎn)投引導(dǎo)資金3億，長(zhǎng)江潤(rùn)發(fā)集團(tuán)投資15億，投前估值26億，10條生產(chǎn)線，產(chǎn)能7000噸每年。北京研發(fā)/生產(chǎn)基地---目前大興臨空區(qū)已成立了航空復(fù)合材料研發(fā)中心，大興區(qū)政府投資5000萬(wàn)；與中航復(fù)合材料有限公司合資成立預(yù)浸料公司，達(dá)成合作意向，總投為3億元。2022年已接到兩個(gè)億的訂單，隨著產(chǎn)能的逐步釋放和擴(kuò)產(chǎn)，有望在未來(lái)五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)銷售破百億，利潤(rùn)超過(guò)50億的目標(biāo)。最后有一句話想送給大家：科技興國(guó)，空天先行；質(zhì)量為本，創(chuàng)新為魂；征途漫漫，惟有奮斗；創(chuàng)業(yè)之路，你我同行。
評(píng)委提問(wèn)&點(diǎn)評(píng)你好，請(qǐng)問(wèn)你們的材料體系是什么？用座椅驗(yàn)證還不能很好地說(shuō)明孵化材料的優(yōu)越所在，可以再舉個(gè)例子說(shuō)明嗎？
羅鈺：我們做的是高溫PEEK樹(shù)脂體系；座椅只是我們做的產(chǎn)品之一，而我們?cè)谕田w做的是地板梁的適航認(rèn)證。此外，我們還同中車四方就扭矩梁、航天三院就地鐵和導(dǎo)彈上典型結(jié)構(gòu)件做驗(yàn)證。作為一個(gè)創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，我們更多的是通過(guò)CCM裝備把我們研制的材料產(chǎn)品化和商品化。
不過(guò)座椅最關(guān)鍵的地方，不是復(fù)合材料，而是技術(shù)結(jié)構(gòu)，因此用這個(gè)例子還是不夠說(shuō)明問(wèn)題。而且熱塑性復(fù)合材料在未來(lái)低成本大批量生產(chǎn)上很有用，在做講解過(guò)程中應(yīng)該找一些更好的例子，投資主要是要找到產(chǎn)品最值得投資的點(diǎn)，而你在講解中舉到的例子只能說(shuō)明產(chǎn)品的存在性，并沒(méi)有體現(xiàn)它的最強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。
你提到與商飛的合作，那么你們目前的合作到什么程度了，可以談一下嗎？
羅鈺：目前來(lái)說(shuō)，我們用主承力結(jié)構(gòu)材料來(lái)做適航認(rèn)證，就是地板梁來(lái)做認(rèn)證。因?yàn)槲覀兊牡诙證CM裝備剛剛調(diào)試成功，所以現(xiàn)在我們正在給他們做加工模具，提供樣件來(lái)做適航認(rèn)證。
CCM的核心技術(shù)是什么？可以簡(jiǎn)單說(shuō)一下嗎？CCM的全稱是什么呢？
羅鈺：如視頻所示是飛機(jī)工字梁生產(chǎn)過(guò)程，波音787及空客380上已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用；CCM的全稱就是連續(xù)模壓。
我想請(qǐng)問(wèn)你們公司現(xiàn)在的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)當(dāng)中，預(yù)浸料和輔材制品哪個(gè)占的份額比較大呢？
羅鈺：我們落地的第一家公司目前在做制品，預(yù)浸料方面正在和中航復(fù)材談合作，有望在今年年底達(dá)成協(xié)議。如果非要按哪個(gè)利潤(rùn)率更高來(lái)說(shuō)的話，我覺(jué)得越接近制品，價(jià)格更高。但是如果不把原材料價(jià)格降下來(lái)的話，最終的利潤(rùn)率也沒(méi)有那么高，所以我們提供從原材料、制品到測(cè)試和評(píng)價(jià)一整套服務(wù)。第一步通過(guò)CCM裝備制作復(fù)合材料型材；第二步是把高性能熱塑預(yù)浸料產(chǎn)業(yè)化。
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)是做制品的企業(yè)很多，很多行業(yè)的原材料都依賴進(jìn)口，如果在這一方面能夠真正實(shí)現(xiàn)突破，我覺(jué)得將是你公司未來(lái)的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。
你講的熱塑性復(fù)合材料主要是指的是工藝是嗎？
羅鈺：不僅僅是復(fù)合材料成型工藝改進(jìn)，還包括熱塑性復(fù)合材料成型裝備；同時(shí)解決高性能熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料卡脖子難題，真正實(shí)現(xiàn)原材料和裝備的自主可控。
本文根據(jù)嘉賓在【第六屆中國(guó)航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國(guó)總決賽】上的發(fā)言整理、刪減。(查看更多完整視頻請(qǐng)掃描二維碼)
