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中國碳纖維發展亟待企業自主創新
发布时间:2016-12-10 10:25 | 浏览次数:


        碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。被誉为材料界的“黑色黄金”,性能高端、产量稀少,但却用途广泛,特别是在航天军事等高端领域,碳纤维更发挥着不可替代的作用。因此,许多企业都在碳纤维材料的研发与生产上投入了大量精力。
 
  如此重要的材料,其生产和研发的难度不亚于攀登珠穆朗玛峰。目前,碳纤维材料的市场基本被日本、美国等发达国家所垄断。 但我国的碳纤维行业若想获得更长远的发展,也需吸收和借鉴其他国家的发展经验,进而突破自身发展瓶颈,在碳纤维市场中分得更大的蛋糕。
 
        国际风云日美两家独大 
  20世紀中葉,發達國家投入大量人力和物力研究碳纖維,碳纖維複合材料最初由于其在結構輕量化中無可替代的材料性能,首先在軍用航空航天領域得到了青睐;1959年,日本大阪工業技術試驗所的進藤昭男首先發明了聚丙烯腈(PAN)基碳纖維,1964年,英國皇家航空研究所(RAE)的瓦特等人打通了生産高性能聚丙烯腈(PAN)基碳纖維的工藝流程,在纖維的熱穩定化過程中施加了張力牽伸,以滿足結構的轉化,使聚丙烯腈(PAN)基碳纖維成爲主流産品,並于20世紀70年代開啓民用碳纖維商業化應用;20世紀80年代至90年代,碳纖維在民用航空領域的引領下得以快速發展;進入21世紀,碳纖維生産工藝技術已經成熟,隨著碳纖維應用領域的擴大,碳纖維的市場需求急劇增加,碳纖維産業日趨成熟。
 
  碳纖維很少直接應用,大多是經過深加工制成中間産物或複合材料使用,碳纖維複合材料作爲結構件或功能件現已廣泛應用在航空航天、工業和體育休閑用品三大領域。碳纖維以其質輕、高強度、高模量、耐高低溫和耐腐蝕等特點最早應用于航天及國防領域,如大型飛機、軍用飛機、無人機及導彈、火箭、人造衛星和雷達罩等,且航空航天領域用碳纖維的性能等級相對而言是最高的。在工業領域,碳纖維廣泛應用在汽車、電纜、風能發電、壓力容器、海洋産業、電子器件、工業器材和土木建築等;在體育休閑用品領域,高爾夫球杆和釣魚竿最早獲得應用,近年來,自行車、網球拍、羽毛球拍等體育用品也越來越多地使用碳纖維材料。
 
  從全球碳纖維市場的份額劃分看,國際碳纖維市場依然爲日、美企業所壟斷。日本是全球最大的碳纖維生産國,世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中,其生産的碳纖維無論質量還是數量上均處于世界領先地位,日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生産的“領頭羊”。
 
中國碳纖維
 
  據相關數據顯示,在小絲束碳纖維市場上,日本企業所占有的市場份額占到全球産能的49%;在大絲束碳纖維市場上,日本企業所擁有市場份額占到全球産能的52%,美國企業所擁有的市場份額占全球産能的24%,日美兩國合計擁有全球76%的大絲束碳纖維生産能力,處于明顯的主導地位。
 
  目前全球碳纖維制造的主導者是日本和他們設立在歐美的工廠,其次是依靠歐美航空航天市場健康發展的美國HEXCEL和CYTEC公司,以及依靠強大工業創新體系的德國SGL公司,隨著中國在碳纖維領域投入的不斷增大,中國碳纖維産量占世界份額也在不斷提高。
中國碳纖維
  國內趨勢亟待自主創新 
  2016全球與中國市場碳纖維深度研究報告顯示,目前國內大小碳纖維生産企業近40家,2010至2014年期間,我國碳纖維産能從6445噸增至15000噸,産量從1500噸增至3700噸,發展取得了相當的成績。
 
  據統計,目前國內碳纖維在航空航天、體育休閑和工業應用三大領域的用量比例是4%、67%和29%。其中,體育休閑占絕大多數,而在民用航空、交通工具、新能源裝備、工程建設等方面的應用雖然已經開始起步,但應用水平偏低。
 
  目前國內碳纖維市場中,國産碳纖維自給率只有20%左右,對外依存率達到80%。國外碳纖維企業通過技術及價格優勢打壓國內碳纖維企業,使我國的碳纖維市場長期受制于歐美及日本等國家。
 
  碳纖維複合材料的設計水平不足,配套的材料缺乏,相關的應用標准體系不健全,導致應用領域窄。此外,樹脂、上漿劑等配套材料品種少、性能不足,複合材料用輔助原料還不能完全實現自主供給,部分品種還依賴進口等,不僅制約了碳纖維複合材料在高端制品上的應用,同時還嚴重影響著國産碳纖維的市場應用。
 
  国外碳纤维龙头企业使用的设备基本上都是根据自身技术特点进行的自主设计,在专有设备的基础上改进升级,形成了具有自主知识产权的专有碳纤维生产装备;而国内引进的国外生産設備是非禁运通用型碳纤维生产装备,且价格较高。虽然国内碳纤维生产企业中设计产能千吨级以上的有3~4家,但由于缺乏核心技术团队,大多数碳纤维生产企业对进口生产装备的技术参数和性能指标缺乏消化和吸收能力,生产线自动化程度和对自身碳纤维生产技术的匹配性远远落后于国外同行,导致生产工艺的稳定性和过程控制的一致性较差,影响了碳纤维产品质量和稳定性,且生产成本很高,造成设备闲置、经营亏损,无法与国际先进企业竞争。
 
        不仅如此,目前我国大多数碳纤维企业产品处于低端领域,且行业集中度不高,有能力生产航空航天用的高端碳纤维企业屈指可数,大量企业集中于体育领域。更重要的是,我国碳纤维的产业链需要进一步完善。目前,国外已经形成设计、制造、分析及验证、应用牵引系统化的碳纤维复合材料体系。如日本东丽和美国赫克塞尔都有预浸料、织物、短切纤维、夹层材料等中间成型物,同时,直接为客户提供量身定制的复合材料解决方案和产品,方便了客户的使用,也解决了碳纤维产品与树脂匹配性问题。由于国内大部分碳纤维复合材料企业技术尚不成熟,缺乏相应的研发及工艺支持,目前尚未能形成体系化、系列化的碳纤维产业链发展模式。
 
     虽然我国的碳纤维产业目前较世界先进水平仍有差距,未能在市场上抢占先机。但随着碳纤维市场需求的不断扩大和国家经济发展结构调整,只要相关企业抓住机遇,加强自主创新研发,相信中国的碳纤维产业也将分得更大的蛋糕。
 
 
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