碳纖維發(fā)展現(xiàn)狀與思考

    碳纖維作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的一種重要產(chǎn)品，正受到越來(lái)越多的關(guān)注，國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)線建設(shè)也異常熱鬧。然而，相比日本，中國(guó)碳纖維研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)落后20-25年，目前該產(chǎn)業(yè)仍然處于培育階段。

    就產(chǎn)品而言，中國(guó)高性能碳纖維基本處于空白，目前國(guó)內(nèi)只有相當(dāng)于或次于T300級(jí)碳纖維的產(chǎn)品，T700級(jí)碳纖維尚處于工程化研究階段，T800、MJ系列碳纖維尚在攻關(guān)，而且牌號(hào)、規(guī)格單一。目前國(guó)內(nèi)以3k（每束3000根）、12k的T300級(jí)碳纖維為主打產(chǎn)品。國(guó)外單線最大產(chǎn)能已達(dá)1800噸 (12k)，生產(chǎn)效率高。相比之下中國(guó)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備規(guī)模均有較大差距，因此成本差異很大，導(dǎo)致中國(guó)碳纖維產(chǎn)品沒(méi)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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    相對(duì)于有些落寞的技術(shù)開(kāi)發(fā)，碳纖維生產(chǎn)線建設(shè)卻一片紅火。目前中國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)已近30家，規(guī)劃產(chǎn)能在7-8萬(wàn)噸/年。除了民營(yíng)企業(yè)，中國(guó)石油、中國(guó)石化、中國(guó)化工、中國(guó)鋼鐵、中國(guó)建材、首鋼國(guó)際等大型國(guó)企都已介入。

    投資如此火熱一方面是企業(yè)看好碳纖維市場(chǎng)前景。未來(lái)碳纖維市場(chǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)在風(fēng)電葉片、建筑材料、汽車(chē)、大飛機(jī)、壓力容器和高壓輸電線等新興工業(yè)領(lǐng)域，消費(fèi)量將會(huì)大幅增長(zhǎng)，幾十萬(wàn)噸也可能不夠用。但另一方面則是一些地方政府盲目跟風(fēng)。 123456

    碳纖維產(chǎn)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)尚未奠定，產(chǎn)能自然難以轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)水平高的碳纖維企業(yè)也有幾家，但由于沒(méi)有形成規(guī)模優(yōu)勢(shì)，同等質(zhì)量產(chǎn)品的價(jià)格遠(yuǎn)高于國(guó)外。據(jù)了解，日本東麗T700級(jí)碳纖維的成本與國(guó)內(nèi)T300級(jí)的成本相當(dāng)。 123456

    西方國(guó)家將碳纖維視為戰(zhàn)略物資，曾對(duì)中國(guó)禁售、禁運(yùn)，根本不可能轉(zhuǎn)讓技術(shù)。上世紀(jì)80年代中國(guó)就曾從英國(guó)RK公司引進(jìn)大絲束預(yù)氧化爐和炭化爐，結(jié)果兩套設(shè)備均未能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)踐證明，無(wú)論從政治角度還是商業(yè)角度，技術(shù)水平較高的碳纖維公司都不可能向中國(guó)轉(zhuǎn)讓技術(shù)或出售設(shè)備。然而，高性能纖維及復(fù)合材料市場(chǎng)的中心將進(jìn)一步向亞洲轉(zhuǎn)移，中國(guó)高性能碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)前景不可估量。

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碳纖維列入新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃 123456

    碳纖維已列入《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》重大工程。中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于初級(jí)階段，把碳纖維列入重點(diǎn)工程，有助于激發(fā)政府和企業(yè)的投資熱情，加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。如果預(yù)定目標(biāo)能夠全部實(shí)現(xiàn)，則中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)將成功起步。

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應(yīng)用極具潛力

    碳纖維工程提出的目標(biāo)是，到2015年，碳纖維產(chǎn)能達(dá)到1.2萬(wàn)噸，基本滿足航空航天、風(fēng)力發(fā)電、運(yùn)輸裝備等需求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)碳纖維應(yīng)用除軍工外，主要集中在熱場(chǎng)保溫、剎車(chē)片、體育休閑、建筑等領(lǐng)域。未來(lái)碳纖維用量增加部分將主要集中在風(fēng)電葉片、高壓輸電纜芯和汽車(chē)領(lǐng)域。

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    據(jù)介紹，55米以上風(fēng)電葉片的關(guān)鍵部位必須要用碳纖維復(fù)合材料，特別是海上風(fēng)力發(fā)電全部是大功率的，粗略估計(jì)，一組葉片需要用碳纖維復(fù)合材料幾百到1200千克。

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    高壓輸電方面碳纖維主要是用來(lái)生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料纜芯，可有效減少輸電線下垂產(chǎn)生渦流導(dǎo)致的電流損耗，降低塔架密度和強(qiáng)度，目前已進(jìn)行了幾萬(wàn)千米的掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，效果非常不錯(cuò)，碳纖維用量約70千克/千米。據(jù)悉，未來(lái)中國(guó)每年新增輸電線路100萬(wàn)千米，老化改造線路約20萬(wàn)千米，并且這個(gè)數(shù)字還在不斷增加。

    在汽車(chē)方面，汽車(chē)工業(yè)正面臨資源和環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，推進(jìn)汽車(chē)輕量化以降低油耗是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主題，而碳纖維復(fù)材是理想的以塑代鋼材料。

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設(shè)備攻關(guān)勢(shì)在必行 內(nèi)容來(lái)自123456

    由于技術(shù)不過(guò)關(guān)，中國(guó)很多碳纖維裝置出現(xiàn)“趴窩”現(xiàn)象。碳纖維制備過(guò)程分為聚合、紡絲、預(yù)氧化、炭化和表面處理等多道工序，無(wú)論是工藝技術(shù)還是設(shè)備開(kāi)發(fā)以及配套材料，只要有一項(xiàng)跟不上研制和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，就會(huì)影響到碳纖維產(chǎn)業(yè)。

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    目前，只有少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了全流程的國(guó)產(chǎn)化，但質(zhì)量尚待考察，大部分碳纖維裝置的關(guān)鍵設(shè)備還是依賴進(jìn)口。但像預(yù)氧化爐、碳化爐等關(guān)鍵設(shè)備，因?yàn)閲?guó)外始終對(duì)我們“設(shè)卡”，依靠進(jìn)口則隨時(shí)面臨“禁運(yùn)”風(fēng)險(xiǎn)。跟進(jìn)口設(shè)備相比，國(guó)產(chǎn)設(shè)備在溫度、張力等精度控制方面還有一定差距，導(dǎo)致產(chǎn)品不勻率上升，生產(chǎn)效率也難以提高。所以，碳纖維工程中將這些列入重要研發(fā)內(nèi)容非常有必要，這些設(shè)備的攻關(guān)勢(shì)在必行。

    此外，碳纖維制備用油劑和上漿劑等關(guān)鍵原料的開(kāi)發(fā)也同樣必要，這些原料目前在中國(guó)還處于研發(fā)階段，不能滿足生產(chǎn)需求。

    對(duì)于碳纖維工程中提出的低成本化和高端創(chuàng)新示范的目標(biāo)，低成本是提升碳纖維競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。目前12K的碳纖維產(chǎn)品，國(guó)外產(chǎn)品的售價(jià)在150~220元/千克，國(guó)內(nèi)以此價(jià)格出售難有利潤(rùn)可言。 copyright 123456

    對(duì)此有兩條降低成本的建議，一是提高生產(chǎn)效率，同等規(guī)模的生產(chǎn)線，中國(guó)每小時(shí)產(chǎn)量?jī)H為國(guó)外的1/3。同樣的投入，產(chǎn)出差別卻很大，售價(jià)自然難降低。

    二是原材料多元化。目前中國(guó)商業(yè)化的碳纖維生產(chǎn)原料幾乎都是聚丙烯腈基（PAN），其原料丙烯腈屬于危化產(chǎn)品，成本比較高。未來(lái)可以在瀝青基、粘膠基和木質(zhì)素基等方面加大開(kāi)發(fā)，通過(guò)原料多元化來(lái)降低成本，目前已有一些企業(yè)涉足該領(lǐng)域。

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    此外，降低能耗也非常關(guān)鍵，目前生產(chǎn)1噸碳纖維耗電高達(dá)3萬(wàn)～4萬(wàn)千瓦時(shí)，國(guó)外的能耗數(shù)據(jù)尚不明確，但是這方面應(yīng)該有潛力可挖。

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產(chǎn)品開(kāi)發(fā)著眼高端 內(nèi)容來(lái)自123456

    碳纖維開(kāi)發(fā)必須要著眼高端，日本已經(jīng)開(kāi)始淘汰T300，我們?cè)僭诘投水a(chǎn)品上耗費(fèi)精力沒(méi)有意義。而且碳纖維下游應(yīng)用領(lǐng)域，很多工藝設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)，如風(fēng)力葉片、電纜芯、建筑補(bǔ)強(qiáng)等，應(yīng)用要求起點(diǎn)比較高，這也促使我們只能往高處走。 123456

    目前中國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)大部分屬于低水平重復(fù)建設(shè)，技術(shù)并不過(guò)關(guān)，大部分尚達(dá)不到T300水平，不能滿足高技術(shù)產(chǎn)品要求，故銷(xiāo)路不暢，每年還要進(jìn)口約6000～7000噸。為避免重蹈覆轍，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要在政府指導(dǎo)下有序進(jìn)行。

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發(fā)展建議 123,123

突破PAN原絲關(guān)鍵技術(shù)瓶頸

    國(guó)內(nèi)在制約碳纖維發(fā)展的諸多原因中，PAN原絲水平的落后是制約碳纖維生產(chǎn)水平提高的瓶頸，不僅影響碳纖維的質(zhì)量，而且影響其產(chǎn)量、生產(chǎn)成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

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    當(dāng)前亟待掌握高性能PAN基原絲生產(chǎn)技術(shù)，搶占市場(chǎng)先機(jī)。在完善碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的前提下，盡快在PAN基原絲制造工藝技術(shù)上取得突破，發(fā)展高質(zhì)量的上游產(chǎn)品生產(chǎn)線，保證碳纖維生產(chǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)，從而在關(guān)鍵技術(shù)上打破國(guó)外的封鎖與壟斷。 123456

加快提升自主創(chuàng)新能力 123,123

    目前中國(guó)碳纖維裝置如紡絲設(shè)備、碳化設(shè)備基本引自意大利、美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等先進(jìn)國(guó)家，裝備國(guó)產(chǎn)化方面差距較大，需盡快消化吸收已掌握的技術(shù)，有效控制碳纖維制備過(guò)程中的缺陷，突破國(guó)產(chǎn)碳纖維性能不穩(wěn)定、離散度偏高的難題，使PAN基原絲和碳纖維的性能和穩(wěn)定性得到大幅度的提高。 本文來(lái)自123

    高性能纖維是國(guó)家材料科學(xué)發(fā)展的重要制高點(diǎn)，是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料，其技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)社會(huì)發(fā)展有重要價(jià)值，不斷提高自主創(chuàng)新的能力，有重點(diǎn)地突破碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展制約“瓶頸”，提高國(guó)產(chǎn)化先進(jìn)水平，縮小同發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。

    值得注意的是，碳纖維是一種高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高能耗的產(chǎn)業(yè)。國(guó)家對(duì)其扶持應(yīng)主要集中于建立互通有無(wú)的系統(tǒng)化研究網(wǎng)絡(luò)，要避免重復(fù)引進(jìn)、重復(fù)研究。國(guó)家應(yīng)重點(diǎn)扶持幾個(gè)成功企業(yè)，大力協(xié)同，優(yōu)化布局，整合資源，合作攻關(guān)，防止低水平重復(fù)建設(shè)和盲目發(fā)展，實(shí)現(xiàn)讓更多企業(yè)少走彎路、節(jié)約成本的目標(biāo)。

進(jìn)一步深化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整

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    目前，中國(guó)碳纖維產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還比較單一，缺乏高性能的大絲束產(chǎn)品，因此必須加大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)T300 12K、24K及T800系列產(chǎn)品，形成T300 、T800 兩個(gè)系列，1K、3K、6K、12K、24K及48K六種牌號(hào)產(chǎn)品，提升中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)橫向發(fā)展的實(shí)力。因此，在部件制造方面，要適當(dāng)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，攻克關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的難題；積極與下游單位合作，加強(qiáng)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”緊密結(jié)合，建立相關(guān)機(jī)制，積極開(kāi)發(fā)新工藝、新應(yīng)用。

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努力著眼于碳纖維的循環(huán)利用

    碳纖維制品多用于特殊領(lǐng)域，其使用壽命和更新周期均有嚴(yán)格要求，大量廢棄的碳纖維產(chǎn)品亟待處理。據(jù)日本三菱麗陽(yáng)估計(jì)，目前全球廢棄的碳纖維大約為2萬(wàn)噸。隨著碳纖維生產(chǎn)能力的擴(kuò)大及增強(qiáng)材料的大量使用，碳纖維的回收利用將會(huì)日益重要。

    近年來(lái)，國(guó)外一些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始重視研發(fā)環(huán)境友好型可循環(huán)碳纖維。日本東麗、帝人和三菱已計(jì)劃聯(lián)手大規(guī)模生產(chǎn)此類(lèi)碳纖維，以促進(jìn)高強(qiáng)輕質(zhì)材料的回收利用。中國(guó)也應(yīng)借鑒國(guó)外的先進(jìn)理念，將碳纖維的循環(huán)利用逐漸納入研發(fā)范圍之內(nèi)。

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