日本碳纤维复合材料的产业布局,不得不了解!
发表时间:2017-09-14      发表评论()

  碳纤维的商业化生产始于20世纪70年代的日本,由日本东丽株式会社(Toray,以下简称东丽)、帝人集团旗下的东邦人造丝(TohoTenax,以下简称东邦)和三菱丽阳株式会社(Mitsubishi Rayon,以下简称“三菱丽阳”)发起。这些公司目前仍跻身世界最大的碳纤维生产商行列,占据了全球70%以上的市场份额。2012年3月,日本碳纤维协会在获得“日本创新大奖——先进技术奖”时,称“高性能碳纤维已经成为日本制造业能力竞争力的源泉”。

  根据国家知识产权局《产业专业分析报告——高性能纤维》一书中的统计,全球范围内碳纤维生产工艺领域申请量进入全球排名前10位的都是日本申请人,而CFRP领域申请量排名前10位的有9位都是日本申请人(其中美国通用电气排在第9位,与日本碳纤维生产商就汽车用CFRP有一系列合作协议)。

  由这些数据可见,日本碳纤维企业无疑具有世界一流的创新能力,在全球范围也已形成行业垄断。申请量居前的日本申请人均是有着数十年经营历史的产业制造商,其研发创新主体即是企业自身;申请人企业覆盖了从化纤、纺织、化工、电器到钢铁制造等不同领域,意味着日本的碳纤维技术已经在其应用领域形成了遍布上中下游稳定的产业链。

  在碳纤维产业链中利润最高的CFRP应用领域,日本企业与建筑、汽车、环境、工程等碳纤维应用广泛相关的行业公司建立起合资企业,同时与科研院校进行联合研发。从日本经济产业省、日本新能源产业技术开发机构(NEDO)在2010年发布的《技术战略路线图》中对CFRP在汽车应用上的技术布局可见,2010~2015年是许多重点技术的突破期。罗益锋也撰文预测日本CFRP将于2012~2020年进入飞跃式扩大期,尤其是在汽车领域的用途正式扩大。
     
  CFRP在有效减重、优化外形、降低腐蚀及凹陷、改善噪声及震动阻尼、在高速撞击下保护乘员安全等众多方面有着无与伦比的优势。从近几年复合材料及汽车的展览会上,可以看到CFRP在汽车上得到了越来越广泛的应用(见图1),汽车用CFRP展品可谓琳琅满目,品种繁多。如果能够充分了解和跟踪日本碳纤维生产商的技术战略布局,对我国碳纤维生产商在技术研发、产品定位和市场规划上或有很好的借鉴作用。故有必要对近期日本碳纤维生产企业及科研机构在CFRP的研发进展,尤其是CFRP在汽车领域的投入进行介绍与探讨。

  重视程度和研发投入
  
  2011年4月,东丽发布了在集团长期经营战略“AP-Growth TORAY 2020”的基础上制定的集团中期经营课题“AP-G-2013项目”,在其“基本策略—企业的研发投入对象”中,第一条便是“针对汽车、飞机轻量化的CFRP”,更是将1.6×1011日元研发投入中的50%用于包括CFRP在内的“绿色创新技术”。另一方面,帝人集团于2012年2月公布了其中长期经营战略“CHANGE for 2016”,其中计划将包括碳纤维材料在内的高性能纤维复合材料业务板块的销售额,从2011年的13%提高到2016年的20%,并将每年销售额的4%~5%作为研发经费投入到下一年。
     
  扩大全球生产能力
  
  自2012年3月宣布全球扩产,东丽集团近年在碳纤维及其CFRP生产线上的投入可谓高速成长,仅2013年,就在日本爱媛、韩国龟尾及中国深圳竣工了产能分别为1000t/a、2200t/a的碳纤维生产线以及产能为2500t/a的CFRP生产线。并计划到2015年将全球碳纤维产能增加到2.71万t/a。2013年7月投资30亿日元,在日本石川工厂建设的预计2015年3月投产的预浸料生产线,未来也将用于航空和汽车应用领域。

  另一方面,东邦计划投资300亿日元在美国新建产能5000t/a的碳纤维工厂和CFRP车身骨架工厂。计划2014年上半年开工建设,2015年投产。届时东邦碳纤维的总产能将达到1.89万t/a。

  收购重组整合产业链

  面对全球日益严峻的竞争态势,日本碳纤维生产商除了加大扩建力度,还通过联合或收够上下游企业的形式,垂直整合产业链,提升企业的整体竞争力。东丽集团于2013年进行了一系列的收购行为,其中包括3月收购日本赛车设计和制造商童梦Carbon Magic公司及其泰国工厂;7月买入美国汽车碳纤维部件供应商Plasan Cabon Composites公司20%的股权,9月更是“大手笔”以近6亿美元收购美国碳纤维生产商卓尔泰克。收购结束后,东丽在全球的碳纤维市场份额将获得压倒性的竞争力,成为当之无愧的“世界第一”。

  三菱丽阳自2012年以来,相继与多家下游公司协作扩大碳纤维产业链,包括2012年11月完成收购日本CFRP零件制造商Challenge公司和德国多轴向织物制造商TK Industries公司;12月与韩国SK Chemicals公司建立了工业应用CFRP预浸料生产同盟;2013年2月成立新公司整合其在美国的碳纤维业务;3月兼并三菱化学旗下的丙烯腈单体生产企业大野绿水公司;9月与泰国能源企业PTT就CFRP业务签订MOU。
     
  2012年12月,东邦宣布已开始大规模在日本松山工厂生产碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)部件,并计划在美国建立销售制品和开展应用开发的新公司,进一步加强在汽车结构材料上的用途开拓,努力开拓下游市场。
     
  积极开拓北美CFRP汽车市场
  
  随着碳纤维产业的不断发展与扩大,注重与下游企业合作,不断开发新的市场,以下游应用带动上游的发展,是日本碳纤维企业选择的发展之道。目前,日本碳纤维生产商和欧美的主要汽车生产商纷纷结成联盟,谋求共同发展。在参股Plasan Carbon Composites公司之前,东丽的主要汽车制造商合作对象是日本和欧洲公司,包括丰田、富士重工和德国戴姆勒公司。

  Plasan Carbon Composites公司是美国唯一的豪华轿车CFRP车体面板一级供应商,同时自身拥有可将CFRP部件的生产成型时间缩短至17min的技术。买入Plasan Carbon Composites公司股份,确保了东丽通往美国汽车制造商的分销渠道,进一步提高其在美国汽车市场的参与度。东邦与美国通用自2011年起就展开了稳定的合作关系,与东丽一样,东邦也在欧洲和美国建立了公司和销售中心,瞄准汽车市场投入大量资金,并出资建立了复合材料应用中心,对未来碳纤维及其CFRP在汽车上的应用充满信心。三菱丽阳则与宝马和西格里集团3方合作,宣布2014年宝马i3系列纯电动车BMW MegacityVehicle在全球正式上市,为碳纤维产品在通用汽车领域的商业化普及应用迈出了重要的一步。这款车的市场表现,将在很大程度上决定未来10年CFRP在通用汽车领域的发展方向。

  积极开拓东盟CFRP市场
  
  由于明确的汽车产业扶植政策,泰国成为东盟地区汽车行业发展的中心。已经有多家国际汽车巨头在泰国建立了生产基地,这也解释了作为材料供应商的东丽与三菱丽阳为何选择在泰国开展CFRP业务。东丽已经在泰国拥有1个海外办事处和多家树脂与纤维生产销售分公司,看重童梦Carbon Magic公司拥有丰富的工程设计、原型设计经验和技术实力,凭借童梦在泰国工厂的热压罐技术和价格优势,能够与现有的多种技术形成协同优势,可有效提升东丽的产品竞争力。三菱丽阳选择的PTT公司是一家能源企业,从制造石油化学产品到销售压缩天然气,业务范围较广,拥有强大的市场网络,能够从销售和市场为三菱丽阳提供便利条件。
     
  产学研合作加快成果转化

  CFRTP技术项目

  日本新能源产业技术开发机构(NEDO)从2008年开始在碳纤维领域进行为期5年的“续发展的超级复合材料技术项目”于2013年9月结题。项目由东丽、三菱丽阳、东洋纺、高木精工、丰田、本田、日产等企业与东京大学、东北大学、山形大学等院校合力进行研究,通过对新型CFRTP的开发,实现减轻车重30%、提高燃油效率22.5%、提高加工速度、提高回收率等目的。项目研发成果分为一下四项。

  中间材料的研发

  中间材料的研发成果包括各向同性和单取向性两种中间材料,实现了量产车用CFRTP在1min内的成型,同时热塑性CFRTP也方便了最终部件的可回收再利用。其中各向同性CFRTP中间材料是短切碳纤维与聚丙烯树脂复合的粒料,能够实现复杂形 状部件材料的成型;单取向性CFRTP中间材料是长丝碳纤维与聚丙烯树脂复合的预浸带,特别适合作为框架等要求高强度的产品应用。

  成型技术的研发

  针对两种不同的中间材料,项目研发了两种不同的加工成型方式,如图2所示。各向同性中间材料采用高速冲压成型,模具使用时间短,成型后的材料变形小,可生产表面形状凹凸复杂的CFRTP部件,适合作为汽车的次承力结构件。单取向性中间材料采用高速内压成型,可生产无缝中空封闭截面,其CFRTP部件适合用于汽车载荷的主承力结构件。

  连接技术的研发

  研发成功了集热板熔融、震动熔融、超音波熔融等为一体的加热和加压连接法,实现连接部位一体化的同时增加接合部的纤维体积分数,提高强度,避免了容易对CFRTP材料产生结构损伤的钢焊接技术。

  回收技术的研发

  CFRTP回收技术项目成果,是在NEDO从2006年起在日本经济产业省的资助下进行的题为“碳纤维回收技术的研发示范”项目研究的基础上进行的,利用热分解法,在高温常压下回收复合材料中的碳纤维。由于上述技术成果的突破,使得日本生产商加速了对CFRTP在汽车领域应用的市场布局,包括碳纤维丝束原材料、复合材料预浸料和注塑颗粒材料在内的产能投入。

  扩大产品组合

  2013年10月,帝人宣布推出全新品牌CFRTPSereebo®,包括3种系列中间材料。其中U系列(单向中间材料)可提供高定向强度;I系列(各向同性中间材料)可保证CFRTP制品形状的均一和多方向上的高强度;P系列(热塑性颗粒材料)适用于复杂部件的注塑成型,为将来在汽车上的全面应用做铺垫。2013年10月,东丽宣布推出新的碳纤维增强聚苯硫醚(PPS)树脂颗粒材料,该材料改进了纤维和PPS树脂接触面的粘结性,提高了抗拉强度,可作为注塑成型的原料使用。使用该材料制备CFRTP部件,其抗拉强度与铝铸件相当,质量却轻了近45%。就在NEDO的成果发表之后不到1个月,日本碳纤维生产商就将新技术产品投放到市场,可见其将研发成果转化为新产品的速度之快。
  
  尽管在汽车行业中大规模使用碳纤维还有很多尚未完全解决的技术难题,但是日本碳纤维生产商及合作科研单位对未来CFRP在汽车领域的应用充满信心,加强对CFRP中间材料、成型工艺、后道制品的研发,尤其对CFRTP材料的技术突破,逐步打通汽车结构件从原料到加工的生产技术障碍。日本碳纤维生产企业近几年积极在全球进行扩产计划与战略布局,与下游应用企业结成联盟,整合产业链,促进CFRP及其制品在全球汽车领域中的普及应用,力求使日本成为碳纤维领域的绝对领先者。这种现状亟须我国碳纤维产业的顶层设计和从业者们高度重视和借鉴。

稿件来源:汽车轻量化CFRP
 相关资讯
发表评论
姓名:
标题:
  • 内容:
  •  
  •  今日报价
·PTMEG主流价19000→0.00
·纯MDI主流价16800→0.00
·20D氨纶一般报价50000→0.00
·40D氨纶一般报价38000↓500
·溶解浆内盘6300→0.00
·粘短市场中心价13050↑100
·粘短市场中心价12700↑80
·涤纶POY7300→0.00
网站背景 | 公司简介 | 联系我们 | 友情链接 | 产品与服务 | 信息定制 | 网站地图

CopyRight ©2005 - 2011 www.webtex.cn, All Rights Reserved
企业营业执照认证: 京ICP证030334号