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碳纤维产业发展现状依靠应用端开启新版图

2018-11-30 18:38:30

碳纤维产业发展现状:依靠应用端开启新版图

2013年6月11日, 神舟 十号飞船顺利发射,中恒吉研高科技纤维有限公司生产的碳纤维材料继 神舟 九号之后,又一次成功为 神舟 十号配套,这成为中国碳纤维产业发展的标志性成果之一。

虽然在航天、军工等特殊领域的应用标志着碳纤维产业的发展水平,但其只是碳纤维应用领域的一小部分。其实,作为一种物理性能优异的材料,碳纤维广泛应用于航空、深海开发、风力发电、汽车、建筑工程、体育休闲等工业和民用领域。2012年,全球CFRP(碳纤维增强复合材料)的用途是风电叶片,约占23%,其次是航空航天与国防军工,约占18%,而体育休闲用品占比约为17%。

从我国碳纤维的应用来看,在航空、汽车等领域市场尚未打开,在能源领域尚未形成稳定市场,虽然已基本满足体育休闲领域应用要求,但在成本方面不具优势。如何为我国碳纤维的应用探索出一条新路径,依靠应用端的发展来带动行业持续健康发展,成为亟须解决的课题。

陷入结构性过剩

在需求增长带动下,近年来国产碳纤维发展加速,产能大幅提高。目前,我国已有30多家企业从事碳纤维的研发和生产,建成产能已经突破2万吨。但大多为相对低品质的产品,与国外相比差距明显。因此这种产能的扩张,也在一定程度上加剧了碳纤维的结构性过剩。

据相关市场研究机构数字显示,2015年前,全球碳纤维市场需求将保持13%的增长,我国对碳纤维的需求增速则快于全球。预测到2015年,我国碳纤维总体需求将达1.6万吨。

在需求增长带动下,近年来国产碳纤维发展加速,产能大幅提高。目前,我国已有30多家企业从事碳纤维的研发和生产,建成产能已经突破2万吨。此外,国内还有大量的在建和规划建设的碳纤维生产线,但在国内碳纤维项目遍地开花背后,也存在着不少问题。

一方面,我国每年要耗费巨资进口万余吨碳纤维产品,以满足国民经济发展之需。数据显示,2013年,我国进口碳纤维及其制品12386.2吨,同比增长了34.5%;进口额达3.83亿美元。另一方面我国碳纤维企业开工不足,年生产碳纤维不足3000吨,仅发挥了生产能力的1/10,大量生产线闲置。

相关业内人士表示,国内碳纤维生产线产能利用率低,并不是因为下游市场需求不足,而是因为难以生产出合格的产品。生产碳纤维工序复杂,从聚合、纺丝,到氧化、碳化、表面处理等,任何一个生产环节出了问题,都可能影响碳纤维的性能。而 国产原丝大多杂质含量高、质量稳定性差、变异系数大,没有好的原料,怎么生产出好的产品? 虽然近年来我国碳纤维产能快速扩张,但大多为相对低品质的产品,与国外相比差距明显,因此这种产能的扩张,也在一定程度上加剧了碳纤维的结构性过剩。

此外,目前的产业发展模式也阻碍了国产碳纤维的应用。国外碳纤维生产企业与汽车、航空航天等碳纤维的重要应用领域生产商建立了广泛的合作开发和稳定的供求关系,建立了完整的碳纤维产业链。而我国碳纤维产业在科研、生产、应用方面相互脱节。 往往产品研发出来之后还不知道能应用到那方面,到底怎么用,用在什么部件上,更不清楚。

从应用领域来看,我国碳纤维在工业应用方面也有待突破。以占碳纤维产量90%以上的丙烯腈基碳纤维为例,在世界范围内,工业应用和体育休闲的比例分别为75.7%和24.3%,而在中国,这个比例却分别是20%和80%。2013年,我国进口的碳纤维及其制品中有5931.6吨用于体育休闲,占比达47.89%。

由于碳纤维复合材料应用领域的特殊性,国外对高性能碳纤维技术与高端工艺装备实施垄断封锁,低端碳纤维产品向我国倾销,加上我国碳纤维企业小而散的状态,质量尚不太稳定,而且生产成本高于进口同类产品价格,全行业呈亏损状态。

寻找应用突破点

针对目前我国碳纤维行业的发展现状,除了技术的完善提升外,企业的发展思路非常重要,关键是要找准应用突破点。碳纤维复合材料等FRP在土木工程中的应用,也为我国碳纤维应用的发展探索出一条新路径。另外,碳纤维另一个重要应用方向是海洋(海港)环境,则能有效解决开发过程中防止海水腐蚀这一重要问题。

针对目前我国碳纤维行业的发展现状,中复神鹰碳纤维有限公司董事长张国良表示,当前技术已不是重要的问题,重要的是要过市场关。除了技术的完善提升外,企业的发展思路也非常重要,关键是要找准应用突破点。中复神鹰碳纤维公司在应用方面作了大量研究,进一步提升了工艺的适应性,相继研发推出了碳纤维大提琴、小型无人机等产品。

而在土木工程领域的技术突破可能为碳纤维应用带来新的契机。今年1月,由中冶建筑研究总院等单位完成的 土木工程用高性能纤维复合材料制备及应用关键技术 荣获国家科技进步奖二等奖。据了解,高性能纤维复合材料(简称FRP)具有轻质、高强、耐腐、可设计等优点,可显着提高土木工程结构的性能,延长其使用寿命。碳纤维复合材料等FRP在土木工程中的应用,也为我国碳纤维应用的发展探索出一条新路径。

中冶建筑研究总院院长岳清瑞认为,与航空、能源和体育休闲领域相比,碳纤维在土木工程领域的应用更具前景。据统计,国产碳纤维每年有40%用于结构的加固和补强上,因此是重要的应用方向。项目团队对碳纤维在土木工程领域的应用进行了一系列的探索,并开发出板材、筋材、布材等产品。同时,由于碳纤维的特点是强度较高,延伸性较差,岳清瑞和其团队尝试将碳纤维和其他纤维混合,增加材料的断裂延伸率。混杂纤维可以充分发挥不同纤维的优势,扬长避短,在提高结构延伸性、耗能能力和变形恢复能力等方面有可能优于单一品种的纤维,且降低成本。

碳纤维等FRP的一个重要领域就是结构加固和改造。比如,可以将纤维格型材固定于混凝土构件表面,然后喷射或手工镘抹聚合物水泥砂浆与原有混凝土一体化,从而提高结构的承载能力及耐久性。

碳纤维另一个重要应用方向是海洋(海港)环境。当前我国正着力开发海洋资源,将FRP和混凝土组合,则能有效解决开发过程中海水腐蚀这一重要问题。

以应用带动发展

以前国家主要支持碳纤维产品的生产,现在则更支持应用的发展,希望把应用领域做大之后,反过来促进生产企业的发展。

针对行业存在的问题,我国发展碳纤维的思路正在发生转变。

2013年10月,工信部印发了《加快推进碳纤维行业发展行动计划》。《计划》明确提出,我国发展碳纤维要坚持产业发展与下游应用相结合的原则。《计划》提出重点组织实施的四大行动中就包括了下游应用拓展行动,并明确了具体目标和路径:首先,保障国家重大工程需求。围绕航空航天、军事装备、重大基础设施等领域对高端碳纤维产品的性能要求,建立完善上下游一体化协作机制,保障供应性能优越、质量稳定的碳纤维产品。完成碳纤维复合材料在民用航空航天领域关键结构件的应用验证,达到适航要求。加快碳纤维复合材料在跨海大桥、人工岛礁等重大基础设施中的示范应用。

其次,扩大工业领域应用。重点围绕风力发电、电力输送、油气开采、汽车、压力容器等领域需求,支持应用示范,引导生产企业、研究设计机构与应用单位联合开发各种形态碳纤维增强复合材料、零部件及成品,加快培育和扩大工业领域应用市场,带动相关产业转型升级,保障战略性新兴产业发展需要。

再次,提升服务民生能力。加大碳纤维在建筑补强领域的应用范围,提高建筑安全系数;继续做大做强碳纤维体育休闲产品,满足民众对文化体育生活的需求;积极开拓碳纤维产品在安全防护、医疗卫生、节能环保等领域的应用,不断满足经济和社会发展需求。

以前国家主要支持碳纤维产品的生产,现在则更支持应用的发展,希望把应用领域做大之后,反过来促进生产企业的发展。 对此,业内人士表示,碳纤维上下游产业关联度非常紧密,要开发一个碳纤维下游的新产品,光靠碳纤维生产商很难完成。因此,政府要充分发挥协调配置能力,通过联盟等行业组织,围绕下游产业发展重点,构建产、学、研、用多方面协调发展的完整产业链。同时,各项扶持政策亟须制定并落实到位。 土地、税收、补贴、电价、科研等政策若能及时实施,企业进行科研创新的积极性便会被调动起来。

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