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日本碳纤维产业的崛起之路

文章出处:悍马加固材料人气:-发表时间:2017-04-25 10:16【

日本碳纤维产业的崛起之路

PAN基碳纤维的开发约50年历史,近年来更是作为前沿产品引人关注,其中,日本碳纤维产业引领世界风骚,日本的3家企业――东丽、东邦和三菱人造丝目前拥有全球丙烯腈基碳纤维70%以上的市场份额。1990年代前半期,碳纤维主要应于航空和体育两大类,1990年代后半期用途急剧扩大,在汽车、土木建筑等领域大展身手。

日本自上世纪50年代就掌握了碳纤维的生产方法进而编织出优质碳纤维布,60年代开始生产低模量聚丙烯腈基碳纤维,80年代便成功研制出高强高模T800、T1000等高性能碳纤维。目前世界碳纤维技术主要掌握在日本公司手中,无论质量还是数量上均处于世界领先地位。

政府支持+产业联盟+人才培养

碳布

日本在高性能碳纤维领域发展迅速,得益于政府政策的有力推动,也得益其产业联盟模式和人才培养方式。

一、首先,强化政府政策引导。日本政府高度重视高性能PAN基碳纤维以及能源和环境友好相关技术的研发,并给予人力、经费上的大力支持,在包括“能源基本计划”、“经济成长战略大纲”和“京都议定书”等多项基本政策中,均将此作为应当推进的战略项目;日本经济产业省基于国家能源和环境基本政策,提出了“节省能源技术研究开发方案”。在上述政策的支持下,日本碳纤维行业得以更加有效地集中各方资源,推动碳纤维产业共性问题的解决。

二、其次是成立产业联盟。日本在碳纤维领域的领先地位,与日本碳纤维产业联盟密切相关。日本较早形成了产业联盟,联盟成员覆盖了整个碳纤维产业链,能够全面了解产业中存在的问题和需求,有效服务于产业的各个环节;联盟实行统一规划,使产业链上下游彼此制造体系相适应;联盟内部组织结构清晰,分工明确,能够有针对性地预防和解决产业发展过程中出现的新问题;联盟还制定上下游合作的产品质量标准,实现纤维产业低成本和高质量的技术突破,促进行业的可持续发展。

三、此外,日本企业尤其重视人才的开发培养。以东丽为例,一是研发人员布局合理,在生产工艺、复合材料和应用方向的研发人员规模相当,有着对应于全产业链的均衡分布。而且注重复合型人才培养,过半的研发人员兼顾两个以上的研发方向,以保证各环节研发的配合衔接。二是在生产工艺、复合材料和主要产品上有着固定的研发团队,能够在研发出T300后,可以同时对T400、T700和T800进行后续的技术升级。三是核心发明人作用突出。东丽的每个研发团队相对稳定,核心发明人的服务时间可达20年之久,并在主导发明的同时传带新人,实现平稳的过渡和交接。

日本碳纤维巨头东丽崛起之路

东丽

我们以碳纤维巨头东丽公司的崛起之路来一窥日本碳纤维发展历程。

日本东丽公司目前是世界上第一大碳纤维生产商,不仅产量和销量居第一位,而且牢牢掌控着世界高端碳纤维需求市场份额。但是在碳纤维刚开始工业化生产的初期,东丽公司还是一家名不见经传的传统纤维制造商。那么东丽是如何一步一步做到世界第一的呢?

当时,由于英国RAE的技术处于世界领先地位,而获得授权使用这项技术使用权的三家公司,只有考陶尔兹最终坚持了下来。而罗罗公司由于鸟撞事件,放弃了将碳纤维使用在自己生产的飞机发动机上,因此将碳纤维业务进行了剥离,从此退出碳纤维舞台。

当时所有人都把目光盯在了美国航空业和军工市场,那是一个巨大的市场,但是考陶尔兹尝试了与美国各种公司合作,以此进入美国军工市场,最后都以失败告终。

作为后来者的日本碳纤维公司,却将目光瞄向了体育休闲用品市场。

和考陶尔兹一样,东丽在20世纪60年代开始研究碳纤维。东丽公司是个生产传统纺织面料纤维的生产商,包括腈纶,也就是PAN原丝。1963年近藤昭男宣布PAN是最合适生产碳纤维的前驱体的时候,东丽公司意识到这是一个巨大的商机。

于是东丽与东邦、旭化成(三菱人造丝随后进入)开始获取近藤昭男的技术,并在1971年建成了一个小型试验工厂。这一年的晚些时候,名为Toraca T300的碳纤维诞生了。

在那个时候,纺织工业的腈纶出口一直在萎缩,碳纤维市场是一个快速增长的市场,并且可以让晴纶生产商提供盈利能力。东邦公司的一位高级主管曾经说:“尽管日本晴纶工业落后于西方非常多,但是日本企业在积极努力,强烈的饥饿意识让东邦和东丽成为PAN碳纤维行业的霸主”。

东丽的研究吸引了美国公司的注意力,1970年联合碳化物公司与东丽签署了一份合作协议。联合碳化物公司获得东丽的原丝技术,东丽公司获得联合碳化物公司的碳化技术。

然而,东丽碳纤维业务的爆发,来源于体育用品领域。当东丽知道碳纤维可以应用在高尔夫球杆中,转而将目光瞄准体育休闲领域,于是他的第一个碳纤维产品就是碳纤维的鱼竿。在其他竞争者还在争夺美国军工订单的时候,东丽公司在体育休闲领域做了大量努力。这样的努力最终换来回报,东丽公司的市场份额开始扩大。

1973年东丽公司在日本爱媛县建造了一个新工厂,这个工厂每月可以生产5吨碳纤维,并引进了相应的预浸料和编织设备。1974年Toraca市场部建立。

在20世纪70年代后半期,随着73/74石油价格急剧上升,民用航空器制造商波音和空客开始寻找重量轻的增强材料,来减少油耗,这为东丽公司打开了另一个市场之门。

联合碳化物公司也放弃了自己生产原丝,转而开始代理东丽的碳纤维产品,在美国市场销售。于是T300成为美国最畅销的碳纤维。1975年,东丽的碳纤维成功地应用在波音737的次承力部件,标志着东丽与波音这两家公司超长合作期的开始。

1987年波音与联合碳化物公司合作到期,东丽公司可以自由的在美国销售自己的碳纤维,而不是借助联合碳化物公司的代理。1990年,一种新的高强高模碳纤维预浸料在波音777飞机的主承力部件上获得应用。

同时,东丽公司还获得了欧洲空客公司的认可。法国政府急切的想建立自己的碳纤维工厂,于是在1982年建立了一家新的公司,Soficar,在这个公司里面东丽获得35%的股份,埃尔夫阿奎坦公司和国家石油公司持有剩余股份。1987年,东丽的T300获准在空客A320主承力部件中应用。

在20世纪80年代末期,随着日本和法国工厂碳纤维产能开足马力,Toraca碳纤维利润达到顶峰。之后“失去的十年”萧条的到来,TORACA碳纤维销售一落千丈。差点在1993年将碳纤维业务卖出去。

但是东丽公司并没有动摇。东丽之前一直从日本国内生产碳纤维卖到美国,接着他们改变策略,他们直接投资设立工厂,来加强与波音的联系。预浸料工厂就设在美国华盛顿州西部港口塔科马港,碳纤维工厂设在阿拉巴马州的迪凯特。

东丽的隐忍获得了回报。从20世纪90年代中期,世界碳纤维的消费量每年15%的速率增长。民用航空领域仍然是一个主要的市场,尤其是高等级的碳纤维是必须的。波音和空客相继推出787和A350,新机型均采用碳纤维复合材料作为主承力部件,碳纤维复合材料用量达到50%。然而,碳纤维的价格也随着产能的释放而下降,这刺激了大量的需求。其中开始崛起的市场包括风力发电和汽车改装。2011年,东丽与戴姆勒公司共同建立了一个合资工厂,来生产碳纤维部件。

为了跟上市场需求,东丽在韩国建立了第四个碳纤维工厂,作为日本、法国、美国工厂的补充。这样韩国从日本进口碳纤维可以直接在韩国工厂生产。东丽公司的产能在2015年将达到27000吨。

所以,东丽公司的成功不是偶然,一方面是跟自己的努力坚持不懈的研发有关,另一方面东丽公司看准了趋势,利用体育休闲用品市场的崛起作为支点,从而成长为世界最大碳纤维生产商。

日本在研发投入和运作,掌控关键技术,强化专利保护,以及稳固市场地位方面的种种策略,对我国碳纤维产业来说有着重要的借鉴意义。中国的碳纤维企业需得踏踏实实做实事,卧薪尝胆,将技术做透。