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国内碳纤维行业迎来发展春天

来源:中国建材报[2018/03/08]

核心提示:随着关键技术的逐步突破及规模化生产的不断实现,在下游需求的拉动下,我国碳纤维行业或将迎来发展春天。

  近年来,我国碳纤维产业取得了长足进步,但受制于研发能力低下、质量参差不齐等问题,我国碳纤维市场长期处于进口产品垄断状态,高昂的进口价格和严苛的技术封锁严重制约着我国碳纤维的发展。随着关键技术的逐步突破及规模化生产的不断实现,在下游需求的拉动下,我国碳纤维行业或将迎来发展春天。

  碳纤维密度低、强度大,质量比铝轻,强度却高于钢铁,同时又具备纺织纤维的柔软可加工性,且耐腐蚀、耐高温、耐疲劳,耐冲击性能好,兼之热膨胀系数小,拥有良好的导电导热性能及电磁屏蔽性,对支撑我国制造业转型升级、保障国防安全等方面具有重要意义。而未来我国四大产业——大飞机项目、海上风力发电、汽车轻量化发展及高速铁路,无疑还将带动碳纤维需求的强势增长。按照近年来我国碳纤维需求量年均增速,预计“十三五”期间我国碳纤维需求量将保持15%以上的年均复合增速,到2022年我国碳纤维需求量将超过5万吨。

  技术不断革新改进

  我国碳纤维工业起步于1962年,“十一五”期间,碳纤维产量才开始出现明显增长。与此同时,以美、日为首的发达国家始终保持着对我国碳纤维行业严格的技术封锁,由于我国无法自主大规模制造,长期以来,我国碳纤维消费仍主要依赖进口,而且价格一直高居不下。但随着技术不断革新,原丝生产技术和设备、碳化生产技术和设备等不断发展完善……我国碳纤维行业迈入了快速发展的第二个阶段,并在近年突破了碳纤维制造的核心技术,建成了中国自主研发的千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化生产体系,实现了高强度碳纤维的国内大规模量产,性能达到了世界一流水平。

  近年来,碳纤维行业大动作频频,标志性动作不断涌现。由中科院山西煤炭化学研究所承担,中科院宁波材料技术与工程研究所、中科院化学研究所、中科院上海有机化学研究所等单位共同建设的“碳纤维制备技术国家工程实验室”建设项目完成验收。有效把中科院多家研究所与企业和用户组织化,将碳纤维和配套材料等不同方向的试验平台、工程化生产线连为一体,促使碳纤维制备技术在用户的需求驱动下更快发展,加快碳纤维研发管理工程化和社会化进程。中科院宁波材料所特种纤维事业部在高强高模碳纤维国产化制备技术领域取得重大突破,制备的高性能碳纤维拉伸强度为4.86GPa,拉伸模量为541GPa,模量达到国外同类产品M55J(540GPa)的同时,其拉伸强度远优于M55J产品(4.02GPa),打破国外在该领域的技术垄断并填补国内技术空白。上海交大王新灵教授研究团队成功开发了国内第一项拥有完全自主知识产权的碳纤维复合材料回收技术和装备,并达到国际先进水平,填补国内该领域空白。此项技术突破产业可持续性发展难题,同时避免50亿元规模高回收价值材料被废弃。

  中复神鹰碳纤维有限责任公司完成的“干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术及应用”项目,获得2017年度国家科学技术进步一等奖,并实现投产和稳定运行。该项目突破干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术,实现了国产碳纤维的批量供应,填补了国内以干喷湿纺工艺为代表的高性能碳纤维生产技术的空白,打破了国外高性能碳纤维企业在中国市场的长期垄断,使得中国在复合材料领域赶上了美、日等发达国家。

  干喷湿纺是目前制备高性能碳纤维公认的最先进技术,在2012年以前国际上掌握该技术的只有日本东丽和美国赫氏。该工艺被认为是今后碳纤维生产的主流工艺,但也是碳纤维行业公认的难以突破的纺丝技术。

  目前,中复神鹰已系统掌握了T700级、T800级千吨级技术和T1000级、M30级、M35级百吨级技术,在国产碳纤维市场的占有率连年达到50%以上,极大地促进了我国碳纤维复合材料产业的发展。

  下游增值空间巨大

  相关资料显示,40元/千克的原丝,加工成为汽车复合材料后约3000元/千克,航空复合材料约 8000元/千克,附加值巨大。新材料作为《中国制造2025》的十大领域之一,将获得更快发展,而碳纤维作为新材料的典型代表,将显着受益。近年来,我国碳纤维需求量保持高速增长。但目前,国内市场的碳纤维应用偏低端,以体育产业为主。而目前售价最高的为航天复合材料,在国内的占比很低仅为2%,体育产业占比50%。

  碳纤维作为国家战略性新材料,在航天航空、导弹火箭武器、坦克装甲材料等领域拥有广泛的应用,特别是聚丙烯腈(PAN) 基高性能碳纤维,由于其具有优异的综合性能,成为国防与国民经济建设的关键战略材料,是世界各国发展高新技术、国防尖端技术和改造传统产业的物质基础和技术先导,PAN基高性能碳纤维是现代高性能洲际导弹和中程导弹的核心壳体材料。干喷湿纺是目前国际上高性能碳纤维的先进制备技术,以前仅有日本和美国两家企业掌握。随着干喷湿纺千吨级高强/百吨级中模碳纤维产业化关键技术的突破,我国不仅一次性突破了干喷湿纺碳纤维的核心技术难题,而且取得了一系列重大科技成果。未来,随着我国国防投入的不断增多、现有装备的更新,以及碳纤维复合材料在国防航空航天上应用比例的增加、装备更新换代的需要,国防领域对碳纤维的需求将逐年增加。

  中车长春轨道客车股份有限公司日前研制出具有完全自主知识产权的全球首辆全碳纤维复合材料地铁车体。此次全复合材料车体的成功研发,不仅实现车体减重、节能减排降耗,提高安全性、舒适性和使用寿命等,更探索了碳纤维复合材料在轨道交通大批量工业化生产应用的方向和实施路径。相关报道显示,国内外都在积极探索将其应用于工业领域,但在轨道交通行业的研究主要应用在非主承力的小部件试制上。此次中车长客的全碳纤维复合材料车体突破了“小部件试制”,完全独立自主完成研发和试验,具有全部自主知识产权,在该领域处于国际领先地位。它的研制成功验证了碳纤维复合材料在轨道交通承载结构上应用的可行性,推动了碳纤维复合材料在轨道交通承载结构上大批量工业化生产应用,促进了碳纤维复合材料产业链的完善和发展。随着高铁速度的不断提升,车身轻量化可满足高铁节能性及安全性的需求,碳纤维在轨道交通领域的应用前景广泛。

  中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》显示,2026年~2030年的第三阶段,实现整车比2015年减重35%,重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术,实现碳纤维复合材料混合车身及碳纤维零部件的大范围应用,碳纤维使用量占车重达到5%。随着新能源汽车时代的到来,碳纤维无疑已经成为整车企业尤其是新能源汽车企业产品升级换代的关键点。

  就目前看来,跨国车企在碳纤维车用领域的研发和应用布局已经远远走在前列,而国内车企在碳纤维领域的应用尚处在初期研发、小规模应用的阶段。随着碳纤维产量上升、成本下降及汽车轻量化相关的《中国制造2025》、《节能与新能源汽车》等政策调控,它在汽车上的应用也会不断扩大。

  相关企业加速布局

  碳纤维作为新型复合材料广泛运用于航空航天、汽车轻量化、工业智能化、核能利用、海洋工程、军事工业、医疗器材等方面,虽然目前因成本高昂、批量化制造工艺和装备缺乏的窘境严重制约了其在高附加值领域的大规模应用,但多数企业看好碳纤维市场前景,正加速在碳纤维材料领域的布局。

  中复神鹰碳化10号生产线,单线SYT55(T800)级碳纤维生产能力1000吨,于2017年8月28日建成并进行试开车,总投资近1亿元。10号线的正式投产,是中复神鹰发展史上具有里程碑意义的一件大事。该线是目前国内技术水平最为领先、单线生产效率最高、自动化程度最高、绿色环保指标最好、投资成本最低的千吨级T800碳纤维生产线。试生产期间的产品碳丝性能指标超过国外同类产品水平;在产品应用市场方面,立足于更高层次,已经具备为我国战略武器装备等军工领域进行稳定、持续供货的能力。其T1000级碳纤维工程化取得突破性进展,完全自主研发的百吨级T1000碳纤维生产线实现投产且运行平稳,不仅很好地满足了国内关键领域的急需,同时标志着我国碳纤维行业再上一个新台阶。

  吉林化纤集团作为规模100亿元的企业,正在逐渐培育碳纤维这个目前规模尚不到4亿元的新产业、新产品。该集团1.2万吨/年大丝束碳纤维项目一期2000吨/年碳化线近日全线开车,成为全国单线产能最大、也是唯一的大丝束碳化生产线。该项目总投资11.9亿元,立足于“低成本、大丝束、通用化、高品质”碳纤维发展方向,主要生产24K以上大丝束碳纤维。目前,生产线已经全线打通生产工艺,公司生产的25K原丝,产品强度、模量等指标均达到T400级以上水平。在控股股东大力发展碳纤维这种高端产品的同时,上市公司吉林化纤也在这一领域进行布局。吉林化纤近期公告显示,公司与国兴材料签署《碳纤维产业合作框架协议》,国兴材料将全力支持吉林化纤发展碳纤维产业。

  由康得集团、康得新集团、山东省荣成市人民政府共同出资建设的“康得碳谷科技有限公司年产6.6万吨高性能碳纤维项目”在山东荣成开发区奠基开工。该项目总投资500亿元,占地6660亩,分五期建设。建成达产后,年产高性能碳纤维6.6万吨、高性能碳纤维原丝16.8万吨、高性能碳纤维复合材料3万吨,预计年销售收入可达到1000亿元。从2013年开始,康得、康得新布局打造全球唯一的碳纤维轻量化生态平台,实现了碳纤维从原丝到碳丝,再到碳纤维复合材料的研发、设计、生产的全产业链。此外,康得集团在河北廊坊建立了康得复材工业4.0版智能化碳纤维车体及部件制造工厂,将年产5万辆新能源汽车碳纤维车体、150万件碳纤维部件。康得新集团还投资3000万欧元,在原慕尼黑工大实验室级研发中心基础上,建成采用全套国际一流装备、面积3000平方米的工业级康得新欧洲复合材料研发中心,成为中德两国汽车轻量化国家级创新中心。


(责任编辑:徐洁)

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