CAIEC路演 | 四方碳纤维：航空热塑性复合材料产业化项目
2022-09-24
打破国外技术封锁，实现高端复合材料原料、制造技术及成型设备的国产化。
四方碳纤维复合材料团队
依托中车集团和上海商飞打造轻量化交通战略对低成本高性能碳纤维复合材料的巨大需求，需要配套高性能复合材料标准零部件定向研发和生产能力的建设。四方团队始终以连续碳纤维热塑复合材料技术在航空航天和高速列车上的应用为己任，依托团队专有的连续碳纤维热塑预浸料和连续模压成型技术，已突破高性能复合材料技术的瓶颈，极大促进航空航天和轨道交通行业高端装备自主可控。
四方团队所研发的技术成果于2021年10月在陕西省铜川市实现落地，为投资4.7亿元的连续纤维热塑复合材料产业化项目（陕西省十四五重大项目）提供技术支撑，并已经实现盈利。真正实现科技强国、强军、富民、助力中国制造2025。
航空热塑性复合材料产业化
高性能碳纤维复合材料是保障国家重大战略实施和高端装备发展的物质基础。但我国在连续碳纤维/PEEK特种热塑性预浸料制备技术和高效低成本成型技术方面与国外有巨大差距，导致此类战略新兴材料在航空航天和国防领域的应用受到了极大限制。
本项目依托技术团队专有的连续碳纤维热塑预浸料、连续模压成型技术和高端装备，打破国外对高端复合材料垄断，实现高端复合材料原料与制造技术的国产化。为行业提供高端热塑预浸料、高端复合材料制品、装备及测试评价等一整套服务。满足航空航天、轨道交通和军工领域对低成本、高性能碳纤维复合材料的需求。
各位专家评委，下午好。我汇报的项目是航空热塑性复合材料产业化项目。项目背景：一代材料，一代飞机，材料的升级引领着飞机的更新迭代。在双碳和轻量化背景下，碳纤维及其复合材料成为当前研究和应用的热点，每减重1公斤，在飞机整个生命周期将增加50万美元收益，减少25吨二氧化碳有效排放。复合材料包括热固性和热塑性复合材料，高性能热固性碳纤维复合材料已成为航空航天运载器、卫星和远程武器等结构的主承力材料。但热固性碳纤维复合材料成型为化学反应过程，存在高能耗、高成本、高报废率、难回收、韧性大等问题；相对而言，热塑性复合材料成型为物理过程，具有可回收、可修复、成型周期短、生产效率高、绿色环保等优点。随着我国航空航天和轨道交通领域对低成本高性能复合材料巨大需求，连续碳纤维/热塑复合材料需求正逐年快速增加。我们选择热塑性树脂是PEEK（聚醚醚酮），被称为工程塑料之王，它具有优异耐高低温性能、防辐射性能和生物相容性，可以长时间在-196至270度使用，短时间300度使用。因此，金字塔顶端的PEEK树脂+贵族连续碳纤维= 本项目制备的高性能碳纤维复合材料。低成本、高性能、标准化、一致性是商用飞机的未来。市场痛点是如何实现低成本高性能？原材料和成型装备是实现低成本，高性能的关键。产品和服务：依托团队连续碳纤维热塑预浸料、连续模压成型技术和研发定制CCM设备，实现高端复合材料原料与制造技术的国产化。我们提供热塑预浸料、高端复合材料、成型装备和测试评价等一整套服务。团队创始人康凯，曾经主导四个项目在陕西省落地。最重要的是2021年主导总投资4.7亿连续碳纤维热塑性复合材料在陕西省铜川市落地。作为陕西本地人，康总把所有的热情都投向了陕西这片热土。我是项目联合创始人、市场总监罗钰。主要从事热塑性PEEK预浸料制备，快速成型工艺研究、热塑性PEEK复合材料3D打印，在复合材料领域有10年以上研发经验。我们的技术团队是牛康民教授带领的北航博士团队，牛老师曾参与波音787梦想飞机和P8A反潜机复合材料机翼和机身结构的设计与项目研制；此外，李宏福博士和梁立兴博士也是我们核心技术专家。团队专家顾问是卢秉恒院士、张以河院士、中车四方总工丁叁叁和国家增材制造中心主任夏进良教授。得益于精良的团队规模，让我们对做好项目充满信心。关键技术1---CF/PEEK预浸料：采用湿粉法和撒粉法的双钢带热等静压技术，分别实现单向带和织物两种热塑性预浸料批量生产能力，而国外对高性能热塑性复合材料预浸料限量供应，预浸料价格就在3000元以上。关键技术2---CCM工艺：被称为连续模压成型技术，通过预浸料自动铺放、连续模压制备11类220种型材标准零部件。其具体优势主要体现在生产速度的提升，达60~90米每分钟，生产效率提升了100倍，使人工和生产成本大幅降低，同时成品率达99%以上。性能优势：更优的力学性能，同时抗弯曲、层间剪切是热固的1.5倍，且具有10倍的耐损伤性，更高的耐化学性和阻燃性能。价格优势：材料和成型装备饿自主可控，使得我们项目产品价格1500-2000元/Kg。相对于航空航天、军工和民用制品，表现出明显的价格优势。专利及认证：利用CCM技术制作的热塑性航空座椅已通过美国的FAA适航认证。为全球领先的16G航空座椅、适配波音和空客主力机型，为商飞国产大飞机应用铺平了道路。竞争优势总结：高性能树脂、高性能热塑性预浸料和CCM成型装备，三大关键性技术突破，让我们真正解决了低成本、高性能的市场痛点。同时我们具有全自主知识产权，复合材料制造技术达到国际前三水平。高性能碳纤维复合材料航空市场：未来10年的客机需求量超过8000架，碳纤维复合材料在C919用量达到12%，C929将超过50%。随着C919交付和三代，四代机的迭代，碳纤维复合材料用量将迎来爆发式增长，市场体量达到每年1200亿到1500亿元每年。高性能碳纤维复合材料轨道交通市场：中国高速动车组3800组车，碳纤维复合材料份额若占到30%，将产生50万吨需求，若推广至城轨车辆将产生100万吨需求，市场体量每年300亿到700亿元每年。CCM成型技术可以完全满足航天轨道交通领域万吨级市场需求，这还未涉及后续的维保。我们有足够的时间来切入军工，船舶两大高端板块，同时积极培育医疗器械，汽车等其他可盈利市场。合作进度：中航623所测试报告、商飞的保密和技术合作协议、苏州市四个区给我们的投资意向书。我们的商业模式是销售高端预浸料和CCM装备，最重要的是我们的产业模式---标准化工厂实行全国多点复制。西部生产基地---落地为陕西省铜川首启复合材料有限公司，陕西省“十四五”重大项目，总投4.7亿，建设三条生产线，年产高性能复合材料2100吨，2022年投产，以满足商飞和中车四方的需要。东部生产基地---苏州市产投引导资金3亿，长江润发集团投资15亿，投前估值26亿，10条生产线，产能7000吨每年。北京研发/生产基地---目前大兴临空区已成立了航空复合材料研发中心，大兴区政府投资5000万；与中航复合材料有限公司合资成立预浸料公司，达成合作意向，总投为3亿元。2022年已接到两个亿的订单，随着产能的逐步释放和扩产，有望在未来五年内实现销售破百亿，利润超过50亿的目标。最后有一句话想送给大家：科技兴国，空天先行；质量为本，创新为魂；征途漫漫，惟有奋斗；创业之路，你我同行。
你好，请问你们的材料体系是什么？用座椅验证还不能很好地说明孵化材料的优越所在，可以再举个例子说明吗？
罗钰：我们做的是高温PEEK树脂体系；座椅只是我们做的产品之一，而我们在同商飞做的是地板梁的适航认证。此外，我们还同中车四方就扭矩梁、航天三院就地铁和导弹上典型结构件做验证。作为一个创业项目，我们更多的是通过CCM装备把我们研制的材料产品化和商品化。
不过座椅最关键的地方，不是复合材料，而是技术结构，因此用这个例子还是不够说明问题。而且热塑性复合材料在未来低成本大批量生产上很有用，在做讲解过程中应该找一些更好的例子，投资主要是要找到产品最值得投资的点，而你在讲解中举到的例子只能说明产品的存在性，并没有体现它的最强优势。
你提到与商飞的合作，那么你们目前的合作到什么程度了，可以谈一下吗？
罗钰：目前来说，我们用主承力结构材料来做适航认证，就是地板梁来做认证。因为我们的第二套CCM装备刚刚调试成功，所以现在我们正在给他们做加工模具，提供样件来做适航认证。
CCM的核心技术是什么？可以简单说一下吗？CCM的全称是什么呢？
罗钰：如视频所示是飞机工字梁生产过程，波音787及空客380上已经开始应用；CCM的全称就是连续模压。
我想请问你们公司现在的产品结构当中，预浸料和辅材制品哪个占的份额比较大呢？
罗钰：我们落地的第一家公司目前在做制品，预浸料方面正在和中航复材谈合作，有望在今年年底达成协议。如果非要按哪个利润率更高来说的话，我觉得越接近制品，价格更高。但是如果不把原材料价格降下来的话，最终的利润率也没有那么高，所以我们提供从原材料、制品到测试和评价一整套服务。第一步通过CCM装备制作复合材料型材；第二步是把高性能热塑预浸料产业化。
现在国内是做制品的企业很多，很多行业的原材料都依赖进口，如果在这一方面能够真正实现突破，我觉得将是你公司未来的利润增长点。
罗钰：不仅仅是复合材料成型工艺改进，还包括热塑性复合材料成型装备；同时解决高性能热塑性复合材料预浸料卡脖子难题，真正实现原材料和装备的自主可控。
本文根据嘉宾在【第六届中国航空创新创业大赛全国总决赛】上的发言整理、删减。(查看更多完整视频请扫描二维码)
