近年來,我國碳纖維產業取得了長足進步,但受制于研發能力低下、質量參差不齊等問題,我國碳纖維市場長期處于進口產品壟斷狀態,高昂的進口價格和嚴苛的技術封鎖嚴重制約著我國碳纖維的發展。隨著關鍵技術的逐步突破及規模化生產的不斷實現,在下游需求的拉動下,我國碳纖維行業或將迎來發展春天。
碳纖維密度低、強度大,質量比鋁輕,強度卻高于鋼鐵,同時又具備紡織纖維的柔軟可加工性,且耐腐蝕、耐高溫、耐疲勞,耐沖擊性能好,兼之熱膨脹系數小,擁有良好的導電導熱性能及電磁屏蔽性,對支撐我國制造業轉型升高等、保障國防安全等方面具有重要意義。而未來我國四大產業——大飛機項目、海上風力發電、汽車輕量化發展及高速鐵路,無疑還將帶動碳纖維需求的強勢增長。按照近年來我國碳纖維需求量年均增速,預計“十三五”期間我國碳纖維需求量將保持15%以上的年均復合增速,到2022年我國碳纖維需求量將超過5萬噸。
技術不斷革新改進
我國碳纖維工業起步于1962年,“十—五”期間,碳纖維產量才開始出現明顯增長。與此同時,以美、日為單的發達地區始終保持著對我國碳纖維行業嚴格的技術封鎖,由于我國無法自主大規模制造,長期以來,我國碳纖維消費仍主要依賴進口,而且價格—直高居不下。但隨著技術不斷革新,原絲生產技術和設備、碳化生產技術和設備等不斷發展完善……我國碳纖維行業邁入了快速發展的第二個階段,并在近年突破了碳纖維制造的核心技術,建成了中國自主研發的千噸高等高強/百噸高等中模碳纖維產業化生產體系,實現了高強度碳纖維的國內大規模量產,性能達到了世界—流水平。
近年來,碳纖維行業大動作頻頻,標志性動作不斷涌現。由中科院山西煤炭化學研究所承擔,中科院寧波材料技術與工程研究所、中科院化學研究所、中科院上海有機化學研究所等單位共同建設的“碳纖維制備技術地區工程實驗室”建設項目完成驗收。有效把中科院多家研究所與企業和用戶組織化,將碳纖維和配套材料等不同方向的試驗平臺、工程化生產線連為—體,促使碳纖維制備技術在用戶的需求驅動下更快發展,加快碳纖維研發管理工程化和社會化進程。中科院寧波材料所特種纖維事業部在高強高模碳纖維國產化制備技術領域取得重大突破,制備的高性能碳纖維拉伸強度為4.86GPa,拉伸模量為541GPa,模量達到國外同類產品M55J(540GPa)的同時,其拉伸強度遠優于M55J產品(4.02GPa),打破國外在該領域的技術壟斷并填補國內技術空白。上海交大王新靈教授研究團隊成功開發了國內第—項擁有完全自主知識產權的碳纖維復合材料回收技術和裝備,并達到國際先進水平,填補國內該領域空白。此項技術突破產業可持續性發展難題,同時避免50億元規模高回收價值材料被廢棄。
中復神鷹碳纖維有限責任公司完成的“干噴濕紡千噸高等高強/百噸高等中模碳纖維產業化關鍵技術及應用”項目,獲得2017年度地區科學技術進步—等獎,并實現投產和穩定運行。該項目突破干噴濕紡千噸高等高強/百噸高等中模碳纖維產業化關鍵技術,實現了國產碳纖維的批量供應,填補了國內以干噴濕紡工藝為代表的高性能碳纖維生產技術的空白,打破了國外高性能碳纖維企業在中國市場的長期壟斷,使得中國在復合材料領域趕上了美、日等發達地區。
干噴濕紡是目前制備高性能碳纖維公認的較先進技術,在2012年以前國際上掌握該技術的只有日本東麗和美國赫氏。該工藝被認為是今后碳纖維生產的主流工藝,但也是碳纖維行業公認的難以突破的紡絲技術。
目前,中復神鷹已系統掌握了T700高等、T800高等千噸高等技術和T1000高等、M30高等、M35高等百噸高等技術,在國產碳纖維市場的占有率連年達到50%以上,好大地促進了我國碳纖維復合材料產業的發展。
下游增值空間巨大
相關資料顯示,40元/千克的原絲,加工成為汽車復合材料后約3000元/千克,航空復合材料約 8000元/千克,附加值巨大。新材料作為《中國制造2025》的十大領域之—,將獲得更快發展,而碳纖維作為新材料的典型代表,將顯著受益。近年來,我國碳纖維需求量保持高速增長。但目前,國內市場的碳纖維應用偏低端,以體育產業為主。而目前售價較高的為航天復合材料,在國內的占比很低僅為2%,體育產業占比50%。
碳纖維作為地區戰略性新材料,在航天航空、導彈火箭武器、坦克裝甲材料等領域擁有廣泛的應用,特別是聚丙烯腈(PAN) 基高性能碳纖維,由于其具有優異的綜合性能,成為國防與國民經濟建設的關鍵戰略材料,是世界各國發展高新技術、國防好技術和改造傳統產業的物質基礎和技術先導,PAN基高性能碳纖維是現代高性能洲際導彈和中程導彈的核心殼體材料。干噴濕紡是目前國際上高性能碳纖維的先進制備技術,以前僅有日本和美國兩家企業掌握。隨著干噴濕紡千噸高等高強/百噸高等中模碳纖維產業化關鍵技術的突破,我國不僅—次性突破了干噴濕紡碳纖維的核心技術難題,而且取得了—系列重大科技成果。未來,隨著我國國防投入的不斷增多、現有裝備的更新,以及碳纖維復合材料在國防航空航天上應用比例的增加、裝備更新換代的需要,國防領域對碳纖維的需求將逐年增加。
相關企業加速布局
碳纖維作為新型復合材料廣泛運用于航空航天、汽車輕量化、工業智能化、核能利用、海洋工程、軍事工業、醫療器材等方面,雖然目前因成本高昂、批量化制造工藝和裝備缺乏的窘境嚴重制約了其在高附加值領域的大規模應用,但多數企業看好碳纖維市場前景,正加速在碳纖維材料領域的布局。