周伶俐,高 巖,蘇東艷

(1.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 常州 213164；2.常州市科技資源統(tǒng)籌服務(wù)中心,江蘇 常州 213003)

0 引言

以石墨烯、碳纖維為代表的新型碳材料是新材料領(lǐng)域皇冠上的明珠,是我國制造業(yè)高端化突破不可或缺的關(guān)鍵材料,被視為未來高技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。該產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)墙K省重點(diǎn)培育的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈,常州作為全省碳材料發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域,經(jīng)過10余年的發(fā)展,在自主創(chuàng)新、體系布局、應(yīng)用示范等方面形成一定特色和優(yōu)勢,于2021年3月,以新型碳材料集群入圍國家先進(jìn)制造業(yè)集群。但對標(biāo)國際先進(jìn)水平,碳材料集群仍存在價值鏈低端鎖定的風(fēng)險、某些關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人、先進(jìn)制造業(yè)成本偏高等短板,根源是產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈互融互促不足?；诖?本文以石墨烯、碳纖維及復(fù)合材料兩大細(xì)分產(chǎn)業(yè)為研究樣本,以“補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈、延鏈”建設(shè)為重點(diǎn),以提升新型碳材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力和核心競爭力為目標(biāo),多措并舉布局好產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈融合的“雙生”模式,暢通協(xié)同環(huán)節(jié),促進(jìn)科技與經(jīng)濟(jì)的深度融合,為碳材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展積聚強(qiáng)勁動力。

1 產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈雙鏈融合模式概述

目前,業(yè)界將產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈雙鏈融合模式分為兩類：“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈”和“圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈”[1]。(1)“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈”：注重問題導(dǎo)向,針對產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化的需要和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化的需求,通過創(chuàng)新鏈的指向準(zhǔn)確和硬核高效,破解產(chǎn)業(yè)鏈重大技術(shù)難題,降低產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)的對外依存度,助力產(chǎn)業(yè)鏈延展、價值鏈提升。(2)“圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈”：注重效果導(dǎo)向,將科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的現(xiàn)實動力,發(fā)掘科學(xué)新發(fā)現(xiàn)、技術(shù)新發(fā)明等高質(zhì)量科技供給的產(chǎn)業(yè)場景應(yīng)用,前瞻性布局產(chǎn)業(yè)鏈,助力引領(lǐng)發(fā)展科技含量高、市場競爭力強(qiáng)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

2 國外新型碳材料產(chǎn)業(yè)競爭力分析

當(dāng)前,世界石墨烯暫無低成本、大規(guī)模量產(chǎn)先例,碳纖維處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成長期。

(1)石墨烯：目前,有歐盟、美國、英國、韓國、日本等80多個國家和地區(qū)開展石墨烯研究及應(yīng)用[2]。其中,歐盟石墨烯研究起步早且系統(tǒng)性強(qiáng),資金支持力度大,基礎(chǔ)研究扎實,但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)較慢。美國原創(chuàng)應(yīng)用多,產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好,產(chǎn)業(yè)鏈相對完整,科研院所與企業(yè)關(guān)系較密切,科技成果轉(zhuǎn)化速率更快。韓國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合緊密,在基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展較均衡,整體發(fā)展速度較快。日本依托其良好的碳材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),進(jìn)行石墨烯研究較早,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較緊密,整體發(fā)展較全面。

(2)碳纖維及復(fù)合材料：纖維生產(chǎn)及制備產(chǎn)業(yè)鏈主要集中在日、美、德等發(fā)達(dá)國家,下游應(yīng)用領(lǐng)域加速向民用和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展,日本東麗、德國西格里、日本三菱麗陽、日本東邦和美國赫氏等五大龍頭企業(yè)實現(xiàn)全球化布局,產(chǎn)業(yè)集中度較明顯[3]。其中,日本是碳纖維強(qiáng)國,掌握世界碳纖維核心技術(shù),在小絲束碳纖維市場份額占全球49%；美國源于航空航天公司的應(yīng)用驅(qū)動和生產(chǎn)要素的低成本,吸引大量碳纖維投資,產(chǎn)能最大,優(yōu)先保軍,在大絲束碳纖維市場份額占全球58%[4]。

3 國內(nèi)典型區(qū)域新型碳材料產(chǎn)業(yè)競爭力分析

(1)石墨烯：起步早,技術(shù)水平與國外差距不大,目前產(chǎn)業(yè)鏈初步形成,產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)顯著,下游中高端產(chǎn)品種類呈增長態(tài)勢[5-6]。其中：江蘇總體水平位居全國前列,在石墨烯粉體和薄膜兩大基礎(chǔ)性材料上率先實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)；京津冀石墨烯基礎(chǔ)研究總體處于國內(nèi)一流水平,且擁有全國最集中的石墨烯研發(fā)資源和投融資平臺；珠三角石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈下游應(yīng)用市場發(fā)展較快,擁有鴻納(東莞)、烯旺新材、天潤電子、貝瑞特、比亞迪等骨干企業(yè)；山東布局濟(jì)南、青島、濟(jì)寧,擁有濟(jì)南圣泉、華高墨烯、青島昊鑫、青島瑞利特、濟(jì)寧利特納米等骨干企業(yè)；寧波在石墨烯制備技術(shù)、技術(shù)支撐、產(chǎn)業(yè)化等方面均走在全國前列；重慶率先擁有石墨烯單層薄膜材料量產(chǎn)工藝等。

(2)碳纖維及復(fù)合材料：我國已突破碳纖維制備關(guān)鍵技術(shù),形成碳纖維DMSO、NaSCN、DMAc三大原絲國產(chǎn)化技術(shù)體系和產(chǎn)業(yè)體系,實現(xiàn)系列碳纖維國產(chǎn)化,解決了宇航級碳纖維自主保障問題,目前正處于爆發(fā)增長期[7]。其中,吉林已形成碳纖維研發(fā)創(chuàng)新能力最強(qiáng)、產(chǎn)品品種及規(guī)格最多、上下游配套、產(chǎn)業(yè)鏈銜接良好的產(chǎn)業(yè)集群,碳纖維原絲產(chǎn)能居全國第一；江蘇占據(jù)半壁江山,總體規(guī)模居全國第一,形成包括碳纖維制備、中間制品生產(chǎn)、復(fù)合材料成型開發(fā)、檢驗檢測與標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)業(yè)鏈；威海形成PAN原絲、碳纖維、織物、預(yù)浸料、復(fù)合材料制品、樹脂、裝備制造、檢驗檢測、復(fù)合材料回收的完整全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)；山西從基礎(chǔ)研發(fā)、工藝攻關(guān)、裝備研制到技術(shù)基層,推動系列碳纖維產(chǎn)業(yè),積極布局晉東南、晉中、晉北[8]。

4 常州市新型碳材料產(chǎn)業(yè)布局和技術(shù)水平分析

常州石墨烯產(chǎn)業(yè)規(guī)模全國第一,高端碳纖維制備規(guī)模全國第一,碳纖維復(fù)合織物市占率全國第一。

(1)石墨烯：以西太湖省級高新區(qū)為核心,已集聚石墨烯相關(guān)人才團(tuán)隊40多個,相關(guān)企業(yè)200余家,涵蓋石墨烯設(shè)備研發(fā)、原料制備與應(yīng)用研究、產(chǎn)品生產(chǎn)、下游應(yīng)用、市場服務(wù)等完整產(chǎn)業(yè)鏈,創(chuàng)造了10余項“全球第一”,2020年,常州石墨烯及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超40億元。石墨烯粉體制備技術(shù)國際領(lǐng)先,石墨烯在功能涂料、污水處理、建筑功能材料、電采暖和石墨烯導(dǎo)熱膜等下游應(yīng)用方面的制備技術(shù)完全可控；石墨烯薄膜制備技術(shù)部分可控；石墨烯在導(dǎo)電復(fù)合材料、導(dǎo)熱復(fù)合材料、增強(qiáng)復(fù)合材料等方面的應(yīng)用制備技術(shù)基本可控；石墨烯在鋰離子電池、超級電容器、光伏組件、柔性顯示器、傳感器、生物監(jiān)測、醫(yī)藥載體等方面的應(yīng)用制備技術(shù)部分可控。

(2)碳纖維及復(fù)合材料：以常州國家高新區(qū)為核心,已集聚中簡科技、宏發(fā)縱橫、新創(chuàng)碳谷、啟賦安泰、帝威新材、常州賽瑞等骨干企業(yè),涵蓋碳纖維、織物、樹脂、預(yù)浸料、復(fù)合材料制品及關(guān)鍵設(shè)備、檢驗檢測全產(chǎn)業(yè)鏈,應(yīng)用于航空航天航海、風(fēng)力發(fā)電、交通輕量化等領(lǐng)域,2020年碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超80億元。其中：中簡科技實現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ZT7系列(性能對標(biāo)東麗T700)高性能碳纖維工程化的重大突破,打破國際壟斷,解決了高性能碳纖維“卡脖子”問題；宏發(fā)縱橫是國家制造業(yè)單項冠軍企業(yè),二維織物國內(nèi)領(lǐng)先,實現(xiàn)國產(chǎn)替代進(jìn)口,已成為國內(nèi)最大的風(fēng)電葉片織物供應(yīng)商；啟賦安泰通過收購德國高端碳纖維復(fù)合材料企業(yè),掌握民用航空復(fù)合材料制品關(guān)鍵技術(shù),助力國產(chǎn)大型民用客機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展；常州賽瑞新一代PS1熱熔型預(yù)浸機(jī)操控精度高,自動化程度高,產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)定,實現(xiàn)國產(chǎn)替代進(jìn)口。

5 碳材料產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈融合發(fā)展面臨的問題和成因分析

一是產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模偏小,產(chǎn)業(yè)鏈拉動力不強(qiáng)。石墨烯領(lǐng)域企業(yè)以初創(chuàng)期的中小微企業(yè)為主,下游應(yīng)用拓展受生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、新產(chǎn)品市場接受度等多種因素影響,市場開拓不暢,總體體量偏小。

二是創(chuàng)新驅(qū)動支撐力不強(qiáng),創(chuàng)新鏈推動力不足。常州缺乏高水平的高校院所,區(qū)域創(chuàng)新基礎(chǔ)薄弱,兩大細(xì)分產(chǎn)業(yè)建立的專業(yè)創(chuàng)新平臺、集聚的創(chuàng)新資源不強(qiáng),人才引育力度不夠,產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)和共性關(guān)鍵技術(shù)供給不足,整體創(chuàng)新基礎(chǔ)條件和輻射能力比較有限,對新型碳材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的支撐能力不足。

三是創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化不高,雙鏈融合銜接不夠。當(dāng)前,常州碳材料產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新體系對面向用戶的應(yīng)用創(chuàng)新關(guān)注不夠,科研單位成果轉(zhuǎn)化率低,實用性和推廣性不強(qiáng)；檢驗檢測、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證等專業(yè)化服務(wù)功能較弱；下游應(yīng)用企業(yè)使用石墨烯等新材料、新技術(shù)意愿不強(qiáng)；受環(huán)保、安監(jiān)、用電、資金等生產(chǎn)要素資源高成本的瓶頸制約,直接影響一些新型碳材料項目的落戶和擴(kuò)大產(chǎn)能。

6 常州新型碳材料產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈融合發(fā)展重點(diǎn)

以市場為導(dǎo)向,以科技創(chuàng)新為支撐,緊緊圍繞國家重點(diǎn)工程、國防科技工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,堅持規(guī)劃引領(lǐng)、需求導(dǎo)向、技術(shù)驅(qū)動、要素配套、信息融通等舉措,積極促進(jìn)新型碳材料產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈雙向融合發(fā)展,構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、融合發(fā)展的碳材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系,全面推動常州碳材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化的高質(zhì)量發(fā)展。

石墨烯,以創(chuàng)新鏈引領(lǐng)布局產(chǎn)業(yè)鏈模式：一是突破高品質(zhì)石墨烯材料制備技術(shù),如高質(zhì)量石墨烯規(guī)?；统杀揪G色制備與功能調(diào)制技術(shù)、石墨烯微片規(guī)?；苽浼夹g(shù)、開發(fā)不同應(yīng)用場景的石墨烯產(chǎn)品等；二是以應(yīng)用為牽引,鼓勵下游應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)能領(lǐng)銜參與石墨烯的技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,建立創(chuàng)新聯(lián)合體,對已產(chǎn)業(yè)化和小試階段的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行協(xié)同攻關(guān)；對研發(fā)階段的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行前瞻布局,力拓石墨烯中高端應(yīng)用產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

碳纖維及復(fù)合材料,以產(chǎn)業(yè)鏈下游低成本典型應(yīng)用突破部署創(chuàng)新鏈模式：一是以關(guān)鍵裝備和關(guān)鍵材料為支撐,自主化研發(fā)高性能裝備低成本化的制備技術(shù),適時布局改性環(huán)氧樹脂、特種添加劑等配套材料,完善產(chǎn)業(yè)鏈條,開發(fā)小絲束和大絲束千噸級碳化線生產(chǎn)技術(shù),并持續(xù)向高性能、低成本方向進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。二是以下游應(yīng)用為引領(lǐng),突破碳纖維及碳纖維織物、碳纖維復(fù)合材料制品、玻纖/碳纖三維預(yù)成型體、多軸向經(jīng)編復(fù)合材料等技術(shù),積極推動高端纖維在航空航天、風(fēng)力發(fā)電、軌道交通、壓力容器等領(lǐng)域的應(yīng)用。

7 常州新型碳材料產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新鏈融合發(fā)展的對策建議

在新形勢、新要求下,常州將立足國情、省情及市情,充分發(fā)揮自身優(yōu)勢,瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)制造業(yè)集群目標(biāo),不斷完善新型碳材料產(chǎn)業(yè)全鏈條綜合發(fā)展,積極促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈的互補(bǔ)互促雙向融合,以形成“點(diǎn)、線、面”多層次的新型碳材料應(yīng)用研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。

一是注重規(guī)劃引領(lǐng),從頂層設(shè)計推動雙鏈融合。強(qiáng)化頂層設(shè)計,突出產(chǎn)業(yè)鏈培育發(fā)展與研發(fā)創(chuàng)新能力建設(shè)整體構(gòu)建,加強(qiáng)集群促進(jìn)機(jī)構(gòu)——江南石墨烯研究院軟硬件能力建設(shè)；發(fā)揮促進(jìn)機(jī)構(gòu)智庫作用,編制好發(fā)展規(guī)劃,厘清短板需求,圍繞產(chǎn)業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈,突破“卡脖子”難題；引育重大項目時,對同時具備產(chǎn)業(yè)鏈和研發(fā)能力的項目給予政策傾斜和扶持,從源頭鼓勵產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈協(xié)同發(fā)展。

二是注重需求導(dǎo)向,提升產(chǎn)業(yè)鏈整合創(chuàng)新資源的能力。建立、更新企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)需求數(shù)據(jù)庫,推薦或組建技術(shù)團(tuán)隊精準(zhǔn)對接并聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān),破解難題補(bǔ)齊短板,降低關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)的對外依存度,提升產(chǎn)業(yè)鏈競爭優(yōu)勢；加快構(gòu)建行業(yè)龍頭企業(yè)當(dāng)盟主,聯(lián)合供應(yīng)鏈重點(diǎn)企業(yè)、高校科研院所等創(chuàng)新組織形成的產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新聯(lián)合體,建立健全產(chǎn)學(xué)研各方互利共贏的體制機(jī)制,加快突破一批關(guān)鍵核心技術(shù),促進(jìn)碳材料下游規(guī)?；瘧?yīng)用。

三是注重技術(shù)驅(qū)動,提升創(chuàng)新鏈供給能力和服務(wù)水平。圍繞突破先進(jìn)碳產(chǎn)業(yè)鏈核心技術(shù)和關(guān)鍵環(huán)節(jié),推動江蘇集萃碳纖維及復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)研究院創(chuàng)建國家級碳纖維及復(fù)合材料技術(shù)創(chuàng)新中心,加快江蘇省石墨烯創(chuàng)新中心建設(shè),爭創(chuàng)國家級制造業(yè)創(chuàng)新中心,推動龍頭企業(yè)積極申報國家級研發(fā)機(jī)構(gòu)；建立創(chuàng)新資源數(shù)據(jù)庫,加強(qiáng)交流合作,聚焦碳材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新需求,加強(qiáng)前瞻研究,以創(chuàng)新成果引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈布局。

四是注重要素配套,完善影響雙鏈交融的資金鏈和人才鏈。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)金融配套,引導(dǎo)金融資本聚焦碳材料產(chǎn)業(yè),支持龍頭企業(yè)通過上市融資做大做強(qiáng),鼓勵骨干企業(yè)通過并購、引進(jìn)、參股等方式補(bǔ)鏈強(qiáng)鏈延鏈,提高產(chǎn)業(yè)鏈垂直整合度。優(yōu)化人才引育配套,聚焦碳材料產(chǎn)業(yè)缺位、弱勢、預(yù)研過程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),精準(zhǔn)引才；支持骨干企業(yè)與本地院校聯(lián)合實施產(chǎn)教融合育才,培養(yǎng)工匠。

五是注重信息融通,構(gòu)建雙鏈對接的全流程科技服務(wù)體系?；趧?chuàng)新需求數(shù)據(jù)庫和創(chuàng)新供給數(shù)據(jù)庫,建立信息交流共享平臺,為企業(yè)提供研發(fā)中試、工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品推廣、檢驗檢測等能力支撐,支持推進(jìn)碳材料領(lǐng)域的知識產(chǎn)權(quán)建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)制定。建立科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化協(xié)同機(jī)制,構(gòu)建多形式、多層次的新型碳材料協(xié)同創(chuàng)新體系。引育一批專業(yè)科技服務(wù)中介機(jī)構(gòu),推進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化的規(guī)模化和效益化。