<p class="ql-block">近日，美国智库列克星敦研究所以《航空航天级碳纤维复合材料的战略价值》为题介绍了航空航天级碳纤维在美国军事国防领域的重要作用，从该高端碳纤维制造链条出发，提出加强原料自主可控、避免对外依赖、增加战略投资等举措，这意味着美国也开始注重了自主技术研发的大投入。</p><p class="ql-block"> 美国国防项目正变得比以往任何时候都更加依赖轻质碳纤维复合材料，开始超前布局未来战争轻量化竞争。从直升机旋翼到 F-35 隐形战斗机的机翼和机身，如今构成美国优势的大多数主要军事航空航天平台都依赖碳纤维复合材料实现其轻量化设计、先进的成型能力和性能，以增加航程并降低燃料消耗。</p><p class="ql-block"> 对于未来的系统，复合材料从一开始就是设计要素。空军的协同作战飞机（CCA）无人机家族、波音的 F/A-XX 第六代空中优势战斗机系统、新型舰载 F/A-XX 战斗机都采用了复合材料。陆军的未来远程攻击机（FLRAA）也依赖先进复合材料。名单上还包括其他无人机、导弹、太空和卫星系统，涵盖了美国最先进军事能力的广大领域。这些作为美国国防基石的项目生产，绝不允许依赖外国控制的来源。</p> <p class="ql-block"> 总部位于美国康涅狄格州斯坦福德的赫氏公司（Hexcel Corporation）是全球顶级的航空航天级碳纤维制造商，其产品用于生产飞机用轻质复合材料。赫氏在美国拥有多家工厂和生产基地，且拥有 100% 美国本土的内部制造供应链，虽然这对美国来说是件好事，但日本和中国公司也在这种宝贵的战略材料市场中扮演着重要角色。目前，目前大部分关键的航空航天碳纤维市场由日本公司主导供应。如果没有谨慎的管理和美国国防部的关注，美国国防能力的生产可能会面临越来越大的风险。</p> <p class="ql-block"> 什么是碳纤维复合材料？在过去的 40 年里，碳纤维复合材料已在军用和商用航空航天制造中逐渐替代金属，广泛应用于机翼、机身、直升机旋翼和桨叶、发动机、发动机短舱、航天器以及各种次要和内部结构。碳纤维强度是铝的五倍，重量却轻 30%，具有更好的耐热性和成型性能，可减少阻力，增加有人和无人作战飞机、直升机、导弹及太空应用的航程和隐身特性。几乎所有军用航空项目都使用了一定比例的碳纤维复合材料，而具有先进造型以用于隐形作战的新型项目则使用更多。</p><p class="ql-block"> 碳纤维应用离不开中间材料碳纤维预浸料。碳纤维的生产始于一个化学过程，制造一种名为聚丙烯腈（PAN）的前驱体，然后通过一系列高温装置加热牵伸，最终形成碳纤维。将碳纤维浸渍环氧树脂，并在加压烘箱或加热模具中固化该材料，就形成了用于飞机的复合材料。</p> <p class="ql-block"> 高强度碳纤维、石墨烯碳纤维预浸料、石墨烯碳纤维复合材料是全球航空航天军工竞争的焦点。</p><p class="ql-block"> 根据库列克星敦研究所的观点，虽然赫氏是航空航天级碳纤维市场的领导者，但外国控制的竞争对手在美国军用平台中扮演着重要角色；例如，日本东丽（Toray）和帝人（Teijin）为许多当前的美国军事项目供应碳纤维。另一家外国公司，总部位于比利时的索尔维特种聚合物（Syensqo，原索尔维特种聚合物部门），使用不同的碳纤维来源，结合其树脂系统，为军事项目提供复合材料。外国公司也参与了新的开发项目，如东丽是美国陆军未来远程攻击机（FLRAA）的主要供应商。</p> <p class="ql-block"> 碳纤维前驱体 PAN 具有高度专属性，在 1980 年代，美国国防部（DoD）认为 PAN 是极其重要的国家安全资产，因此对 PAN 和碳纤维实施了国内采购要求，该要求一直持续到 2006 年被逐步取消。自那以后，某些国防部武器项目依赖使用外国来源 PAN 生产的碳纤维，例如总部位于日本的碳纤维制造商帝人（Teijin）为某些国防部武器项目提供在日本制造的 PAN。</p><p class="ql-block"> 鉴于不断演变的地缘政治环境和中断的全球供应链，最初对 PAN 和碳纤维实施国内采购的原因如今比以往任何时候都更具现实意义。这就是为什么国防部应重新建立采购 PAN 和碳纤维的要求，即这些材料必须由美国本土拥有并控制其知识产权，以加强碳纤维供应链。</p> <p class="ql-block"> 这种对外依赖已被列为一项关键的美国国防工业基础风险。在特朗普第一任政府期间，特朗普总统第 13806 号行政令促成了国防部 2018 年对工业基础的一项研究，该研究强调了国防部获取碳纤维复合材料的脆弱性：“来自日本和欧洲的独特且专有的碳纤维的单一外国来源代表了国防部供应链的重大脆弱性。突然且灾难性的供应损失将扰乱国防部导弹、卫星、太空发射和其他国防制造项目。在许多情况下，没有现成的替代品。更换碳纤维工厂的成本非常高且耗时。同样令人担忧的是，合格替代供应商的不确定性以及所需的重大资源要求。”</p> <p class="ql-block"> 与计算机半导体芯片一样，石墨烯碳纤维是至关重要的战略材料。随着美国国防部采购更多第六代飞机、无人机、先进导弹和太空系统，对碳纤维的需求正在不断增长，美国面临越来越依赖外国公司供应的风险。日本政府也通过经济产业省（METI）密切监控用于军事项目的碳纤维出口。日本碳纤维制造商必须向经济产业省解释其产品的计划最终用途，并且必须填写申请表才能销售用于国防部项目所需的纤维。这些监管审批的多层风险和行政负担，可能会给采购过程增加大量时间，并为供应链增添了另一层脆弱性。在美国国家紧急状态下，延迟或无法获取外国来源的 PAN 和碳纤维，可能对关键的国防部项目造成重大且不可接受的脆弱性。</p>