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碳纤维“十三五”剑指高端

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碳纤维“十三五”剑指高端

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【摘要】:
宝马公司4月份开始在日本销售大量采用尖端材料的纯电动汽车“i3”,宣传口号是“碳纤维电动”。“i3”使用碳纤维取代了车体材料中过去最常用的钢铁。碳纤维以仅有钢铁1/4的重量,实现了足够的强度和耐久性。对于充电一次驾驶距离较短的纯电动车,轻量化是相当重要的课题,采用碳纤维的优势十分明显。根据中国石油和化学工业联合会编印的《“十三五”碳纤维发展前景及技术创新重点》,近年来碳纤维在民用航空、新能源汽车、

宝马公司4月份开始在日本销售大量采用尖端材料的纯电动汽车“i3”,宣传口号是“碳纤维电动”。“i3”使用碳纤维取代了车体材料中过去最常用的钢铁。

碳纤维以仅有钢铁1/4的重量,实现了足够的强度和耐久性。对于充电一次驾驶距离较短的纯电动车,轻量化是相当重要的课题,采用碳纤维的优势十分明显。

根据中国石油和化学工业联合会编印的《“十三五”碳纤维发展前景及技术创新重点》,近年来碳纤维在民用航空、新能源汽车、风力叶片、高压输电线等相关制造领域迅速占领着市场份额,仅在风力叶片制造领域碳纤维使用量就占材料总使用量的65%。

虽然发展迅速,但我国碳纤维产业仍受到生产线、技术装备等瓶颈制约。

激进的产能

2008年以来,全球碳纤维产业需求年增速在6%~8%。受大环境影响,我国碳纤维产业从无到有,发展较快。

截至2014年底,我国碳纤维设计总产能达1.96万吨,建成6条产能达1000吨级、7条产能达500吨级的碳纤维生产线(含配套的原丝生产能力);拥有碳纤维生产企业40家,其中1000吨级以上生产规模的企业4家,500吨级生产规模的企业5家。

一个突出的特点是,除了中国石油吉化公司等个别国企,大多数碳纤维生产企业是民营性质,集中在东南沿海。

在技术层面,我国初步建立起国产碳纤维制备技术研发、工程实践和产业建设等体系。目前,T300级碳纤维已实现1000吨级产业化,产品或可应用于航空领域;T700级碳纤维1000吨级生产线已建成并产出待检测产品;T800级碳纤维生产线已建成。

但值得一提的是,2014年我国碳纤维实际产量并不高,市场缺口较大。2014年碳纤维产量达5年来最高值的2600吨,同期国内80%的碳纤维生产装置闲置。

与此相反,2014年我国碳纤维需求量达1.5万吨,其中体育及休闲领域需求量占60%,建筑和电力领域需求量分别占9%和8%。

一边是市场的缺口,急需碳纤维,另一边是80%的装置闲置——这是我国碳纤维行业当前面临的巨大矛盾。

工艺跟不上

“我国碳纤维产业存在生产工艺及产品品种单一、核心装备制造能力不足、市场竞争激烈化等问题。”中国复合材料集团相关负责人陈虹说。

从生产角度看,目前“一步法—湿法”纺丝工艺是我国绝大部分碳纤维生产企业采用的工艺路线,导致产品低端化、同质化,企业之间无法实现差别化发展。加上我国企业大多规模较小且分散,导致低水平生产线重复建设且难以整合形成规模效应。

从产品角度看,一方面,高强中模纤维、高模石墨纤维等高端碳纤维产品在我国目前处于试验阶段,没有成熟产品投入市场;另一方面,低端产品大量产出但性能不稳定,只能用于体育休闲用品和建筑加固施工领域,不能满足航空航天等高端市场的需求,导致高端市场被进口产品占领。

从装备角度看,碳纤维生产对装备的要求较高, 但我国企业大多缺乏核心装备。国内碳纤维装备研发起步晚,是导致企业自主研发能力弱、设备适应性较差的重要原因。当下一些企业自主设计的设备,甚至在加工 精度等方面无法符合其自身制定的标准,导致大部分企业依赖进口设备,发展受制。比如,在制造环节,我国碳纤维装备制造商目前尚不具备高温蒸汽牵伸机、大型 预氧化炉、宽口径高温炭化炉和卷绕机等重大关键设备的制造能力。

由于看好高速发展的航空航天、汽车制造等市 场,全球碳纤维生产巨头纷纷公布扩大产能的计划。在亚太地区,日本东丽已形成1.2万吨/年T700碳纤维、4500吨/年T800碳纤维产能,并计划在 2020年前将总产能扩大至5万吨/年;在欧洲和北美,HEXCEL、三菱、Cytec和SGL等企业都在积极扩大产能。这些对我国企业也形成了压力。

“十三五”转型

“十三五”即将来临,我国碳纤维行业进入转型发展的关键时期。

根据欧美国经验,在宏观行业布局层面,我国应该扶持起3~5家碳纤维龙头企业,建立有我国特色的碳纤维制备及应用产业园区,并在全国范围科学布局以形成完善的碳纤维产业链和优势互补的企业群体。

对企业来说,要努力实现原料高效利用及回收、 建立健全与高端碳纤维匹配的油剂和上浆剂等配套材料体系,实现预氧化、炭化、纺丝等生产装置长期稳定运行,推进高强高模等高端碳纤维生产线生产,最终实现 国产碳纤维品种系列化、工艺多元化、产能规模化,推动产品性能及生产成本达到国际先进水平,力求高强、高强中模、高模和高模高强碳纤维主要产品满足应用需 求。

加强与下游产业链的衔接也很重要。我国相关部门及企业要促进国产碳纤维产品在交通运输、能源、建筑等领域推广应用,尤其要设法满足国防领域武器装备研制及生产的需要,还要在航空航天等高端领域大力推广高品质且质量稳定的国产碳纤维。

要实现产业转型升级,技术装备是重要保障。企业要突破国产碳纤维在高端领域应用的制备关键技术、国产碳纤维低成本制备技术,实现制备工艺技术从跟踪创新到原始创新的跨越,建立具有自主知识产权的碳纤维制备与应用技术体系。