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          1. 公司動態

            中國碳纖維發展現狀與趨勢

            文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2017/9/12     瀏覽次數:    

              碳纖維發展現狀與思考

              碳纖維作為戰略性新興產業中的一種重要產品,正受到越來越多的關注,國內碳纖維生產線建設也異常熱鬧。然而,相比日本,中國碳纖維研發和產業化技術落后20-25年,目前該產業仍然處于培育階段。
              就產品而言,中國高性能碳纖維基本處于空白,目前國內只有相當于或次于T300級碳纖維的產品,T700級碳纖維尚處于工程化研究階段,T800、MJ系列碳纖維尚在攻關,而且牌號、規格單一。目前國內以3k(每束3000根)、12k的T300級碳纖維為主打產品。國外單線產能已達1800噸 (12k),生產效率高。相比之下中國生產技術和設備規模均有較大差距,因此成本差異很大,導致中國碳纖維產品沒有市場競爭力。
              相對于有些落寞的技術開發,碳纖維生產線建設卻一片紅火。目前中國碳纖維生產企業已近30家,規劃產能在7-8萬噸/年。除了民營企業,中國石油、中國石化、中國化工、中國鋼鐵、中國建材、首鋼等大型國企都已介入。
              投資如此火熱一方面是企業看好碳纖維市場前景。未來碳纖維市場的增長點在風電葉片、建筑材料、汽車、大飛機、壓力容器和高壓輸電線等新興工業領域,消費量將會大幅增長,幾十萬噸也可能不夠用。但另一方面則是一些地方盲目跟風。
              碳纖維產業的技術基礎尚未奠定,產能自然難以轉化為產量。目前國內技術水平高的碳纖維企業也有幾家,但由于沒有形成規模優勢,同等質量產品的價格遠高于國外。據了解,日本東麗T700級碳纖維的成本與國內T300級的成本相當。
              西方國家將碳纖維視為戰略物資,曾對中國禁售、禁運,根本不可能轉讓技術。上世紀80年代中國就曾從英國RK公司引進大絲束預氧化爐和炭化爐,結果兩套設備均未能正常運轉。實踐證明,無論從國家角度還是商業角度,技術水平較高的碳纖維公司都不可能向中國轉讓技術或出售設備。然而,高性能纖維及復合材料市場將進一步向亞洲轉移,中國高性能碳纖維復合材料產業前景不可估量。
              碳纖維列入新材料產業“十二五”發展規劃
              碳纖維已列入《新材料產業“十二五”發展規劃》重大工程。中國碳纖維產業發展還處于初級階段,有助于激發企業的投資熱情,加快推進產業發展。如果預定目標能夠全部實現,則中國碳纖維產業將成功起步。
              應用具有大潛力
              碳纖維工程提出的目標是,到2015年,碳纖維產能達到1.2萬噸,基本滿足航空航天、風力發電、運輸裝備等需求。當前國內碳纖維應用除軍工外,主要集中在熱場保溫、剎車片、體育休閑、建筑等領域。未來碳纖維用量增加部分將主要集中在風電葉片、高壓輸電纜芯和汽車領域。
              據介紹,55米以上風電葉片的關鍵部位要用碳纖維復合材料,海上風力發電全部是大功率的,粗略估計,一組葉片需要用碳纖維復合材料幾百到1200千克。
              高壓輸電方面碳纖維主要是用來生產碳纖維復合材料纜芯,可有效減少輸電線下垂產生渦流導致的電流損耗,降低塔架密度和強度,目前已進行了幾萬千米的掛網實驗,效果非常不錯,碳纖維用量約70千克/千米。據悉,未來中國每年新增輸電線路100萬千米,老化改造線路約20萬千米,并且這個數字還在不斷增加。
              在汽車方面,汽車工業正面臨資源和環境的嚴峻挑戰,推進汽車輕量化以降低油耗是汽車工業發展的主題,而碳纖維復材是理想的以塑代鋼材料。
              設備攻關勢在必行
              由于技術不過關,中國很多碳纖維裝置出現“趴窩”現象。碳纖維制備過程分為聚合、紡絲、預氧化、炭化和表面處理等多道工序,無論是工藝技術還是設備開發以及配套材料,只要有一項跟不上研制和產業化進程,就會影響到碳纖維產業。
              目前,只有少數企業實現了全流程的國產化,但質量尚待考察,大部分碳纖維裝置的關鍵設備還是依賴國外。但像預氧化爐、碳化爐等關鍵設備,因為國外始終對我們“設卡”,依靠國外則隨時面臨“禁運”風險。跟國外設備相比,國產設備在溫度、張力等精度控制方面還有差距,導致產品不勻率上升,生產效率也難以提高。所以,碳纖維工程中將這些列入重要研發內容非常有必要,這些設備的攻關勢在必行。
              此外,碳纖維制備用油劑和上漿劑等關鍵原料的開發也同樣必要,這些原料目前在中國還處于研發階段,不能滿足生產需求。
              降低成本的兩條途徑
              對于碳纖維工程中提出的低成本化和創新示范的目標,低成本是提升碳纖維競爭力和應用推廣的關鍵。目前12K的碳纖維產品,國外產品的售價在150~220元/千克,國內以此價格出售難有利潤可言。
              對此有兩條降低成本的建議,一是提高生產效率,同等規模的生產線,中國每小時產量僅為國外的1/3。同樣的投入,產出差別卻很大,售價自然難降低。
              二是原材料多元化。目前中國商業化的碳纖維生產原料幾乎都是聚丙烯腈基(PAN),其原料丙烯腈屬于?;a品,成本比較高。未來可以在瀝青基、粘膠基和木質素基等方面加大開發,通過原料多元化來降低成本,目前已有一些企業涉足該領域。
              此外,降低能耗也非常關鍵,目前生產1噸碳纖維耗電高達3萬~4萬千瓦時,國外的能耗數據尚不明確,但是這方面應該有潛力可挖。
              產品開發著眼專業
              碳纖維開發要著眼專業,日本已經開始淘汰T300,我們再在低端產品上耗費精力沒有意義。而且碳纖維下游應用領域,很多工藝設備都是從國外引進,如風力葉片、電纜芯、建筑補強等,應用要求起點比較高,這也促使我們只能往高處走。
              目前中國碳纖維生產企業大部分屬于低水平重復建設,技術并不過關,大部分尚達不到T300水平,不能滿足高技術產品要求,故銷路不暢。為避免重蹈覆轍,新興產業發展需要有序進行。
              發展建議
              突破PAN原絲關鍵技術瓶頸
              國內在制約碳纖維發展的諸多原因中,PAN原絲水平的落后是制約碳纖維生產水平提高的瓶頸,不僅影響碳纖維的質量,而且影響其產量、生產成本和市場競爭能力。
              當前亟待掌握高性能PAN基原絲生產技術,搶占市場先機。在完善碳纖維生產技術的前提下,盡快在PAN基原絲制造工藝技術上取得突破,發展高質量的上游產品生產線,碳纖維生產穩定、產品優良,從而在關鍵技術上打破國外的封鎖與壟斷。
              加快提升自主創新能力
              目前中國碳纖維裝置如紡絲設備、碳化設備基本引自意大利、美國、德國、日本、英國等國家,裝備國產化方面差距較大,需盡快消化吸收已掌握的技術,有效控制碳纖維制備過程中的缺陷,突破國產碳纖維性能不穩定、離散度偏高的難題,使PAN基原絲和碳纖維的性能和穩定性得到大幅度的提高。
              高性能纖維是國家材料科學發展的重要制高點,是國家重要的戰略性基礎材料,其技術突破與產業化應用對于推動社會發展有重要價值,不斷提高自主創新的能力,逐步地突破碳纖維產業化發展制約“瓶頸”,提高國產化水平,縮小同發達國家的差距。
              值得注意的是,碳纖維是一種高投入、高風險、高能耗的產業。國家對其扶持應主要集中于建立互通有無的系統化研究網絡,要避免重復引進、重復研究。國家應扶持幾個成功企業,大力協同,優化布局,整合資源,合作攻關,防止低水平重復建設和盲目發展,實現讓更多企業少走彎路、節約成本的目標。
              進一步深化產品結構調整
              目前,中國碳纖維產品結構還比較單一,缺乏高性能的大絲束產品,因此需要加大產品結構調整,進一步開發T300 12K、24K及T800系列產品,形成T300 、T800 兩個系列,1K、3K、6K、12K、24K及48K六種牌號產品,提升中國碳纖維產業橫向發展的實力。因此,在部件制造方面,要適當購買國外設備,攻克關鍵設備國產化的難題;積極與下游單位合作,加強“產、學、研、用”緊密結合,建立相關機制,積極開發新工藝、新應用。
              努力著眼于碳纖維的循環利用
              碳纖維制品多用于特殊領域,其使用壽命和更新周期均有嚴格要求,大量廢棄的碳纖維產品亟待處理。據日本三菱麗陽估計,目前廢棄的碳纖維大約為2萬噸。隨著碳纖維生產能力的擴大及增強材料的大量使用,碳纖維的回收利用將會日益重要。
              近年來,國外一些企業已經開始重視研發環境友好型可循環碳纖維。日本東麗、帝人和三菱已計劃聯手大規模生產此類碳纖維,以高強輕質材料的回收利用。中國也應借鑒國外的理念,將碳纖維的循環利用逐漸納入研發范圍之內。
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