http://www.breeziemaples.com

2017年碳纤维发展三大趋势

碳纤维(carbon fiber)因高强度、高模量、质轻的优异性能,不仅在航空航天等军工领域有不可替代的地位,在体育休闲品、建筑防护、汽车交通等民用领域也大放异彩,被誉为材料界的黑色黄金。

日前,江苏连云港神鹰自行车有限责任公司生产出完全拥有自主知识产权的仅有6公斤重的碳纤维自行车,其主要原料碳纤维全部由中复神鹰碳纤维有限责任公司提供。这种自行车已通过欧洲碳纤维自行车质量认证,价格仅为同类进口碳纤维自行车的1/3。公司年产10万辆碳纤维自行车一期工程将于年内开工建设。与普通材质自行车相比,碳纤维自行车具有质轻耐用、节省体力的特点。作为自行车车体材料,这仅仅是碳纤维应用领域的一个小小实例。

重磅政策支持

碳纤维离我们的日常生活越来越近,这种比头发丝细100倍的纤维状碳材料,它的密度不到钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7~9倍,抗拉弹性也高于钢,碳纤维比铝轻、比钢硬。由于质轻,碳纤维复合材料质量大约是钢的20%,依据纤维等级和方向性,甚至可以达到类似钢材的强度。此外,碳纤维还不生锈,使用碳纤维材料可以大幅降低产品体重,因而可显著提高燃料效率,用其生产的飞机、汽车,可节约大量燃油。

《中国制造2025》

碳纤维由于具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、导电和导热等性能,因而使其成为一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料,是新一代增强纤维。目前,碳纤维不仅广泛应用在航空航天、军事工业,而且在汽车构件、风力发电叶片、核电、油田钻探、体育用品、碳纤维复合芯电缆以及建筑补强材料领域也存在巨大应用空间。

2015年5月,国务院正式发布《中国制造2025》,对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署,明确了建设制造强国的战略任务和重点。选择10大优势和战略产业作为突破点,力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。

困境一:

《十三五国家战略性新兴产业发展规划》

生产技术远落后于发达国家

2016年12月,国务院印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,对“十三五”期间我国战略性新兴产业发展目标、重点任务、政策措施等作出全面部署安排。

由于碳纤维应用领域涉及到国家的国防和军工,因此,碳纤维的技术及生产设备各国都严格保密。日本、美国等主要生产公司长期以来不但对高性能特种原丝制备技术高度保密、不肯转让,也不出售高性能特种原丝产品,而且成套技术引进的可能性也很小。

发展现状

据中科院山西煤炭化学研究所研究员贺福介绍,我国T300通用级产业化已取得突破性进展,百吨级和千吨级碳纤维已投入生产;T700级正在进行中试放大,T800级正在实验室研制。目前国内有一两个单位的产品品质已超过T300级的性能指标,达到了T400级水平,并且可以小批量生产。这处于上世纪80年代日本东丽公司在碳纤维研发方面的水平。从总体形势来看,我国当前处于由T300通用级向高性能的T700和T800发展的过渡期。

碳纤维分PAN基碳纤维、粘胶基碳纤维和沥青基碳纤维。目前全球碳纤维工业化产品以PAN基碳纤维为主,占全球碳纤维总产量的90%以上。

但是由于应用领域的不同,对碳纤维及其复合材料的质量要求也不同。也就是说,仅有通用级T300是远不能满足市场需求的。因此,贺福认为,必须研制高性能的T700、T800和T1000级的碳纤维。他举例说,制造大飞机的一次结构材料需要用T800H级及其复合材料P2302;制造碳纤维复合芯铝绞电缆也需要T700S级。因此,研制高性能碳纤维已是当务之急。未来的主导产品应是T700和T800级,并且T700级将逐步取代T300级,成为新一代通用级碳纤维。

从企业角度看,目前全球碳纤维制造的主导者是日本东丽、东邦、三菱丽阳,美国HEXCEL和CYTEC公司和德国SGL公司,碳纤维行业集中度极高。而我国目前碳纤维企业有30多家。

困境二:

从产品角度看,日前,日本东丽透露正在研究T2000级别碳纤维,强度可以达到60GPa,是T1000级碳纤维强度的十倍。T2000碳纤维在聚合过程中不适用引发剂,利用辐照引发聚合,可以避免杂质的掺入,而这一点国内几乎没有深入研究。日本东丽目前能将碳纤维CV值降低至0.1,而我们国内碳纤维的CV值在5左右。

规模小数量多重复研发

国内的T300系列基本可以达到国际水平,军工应用领域较为成熟,民用市场逐渐开拓。T700级高性能碳纤维突破了干喷湿纺工艺,产业化生产及应用逐步加快。T800级碳纤维已经小批量试产,但还尚未完全实现产业化。MJ系列高性能碳纤维已经突破关键制备技术。

我国对碳纤维的研究起步并不晚,虽取得了一些进展,但多年来发展较为缓慢。据上海擎督信息科技公司金秋能源化工工作室创办人钱伯章高工介绍,我国自20世纪60年代由中科院长春应用化学研究所率先开始PAN基碳纤维的研究,70年代初完成了连续化中试装置。其后上海合成纤维研究所、中科院山西煤化所、北京化工大学、山东工业大学等也开始研究工作,并于80年代中期通过了中试,进入产业化试生产阶段,先后建成了从年产几百千克到几吨的小试装置和年产几十吨的中试装置。但总体而言,不论是技术水平、生产能力和产品质量等都与国外先进水平有较大的差距。

从市场角度看,国际碳纤维市场依然为日本、美国所垄断。

进入21世纪以来,国内碳纤维产业发展较快,安徽华皖碳纤维公司率先引进了年产500吨原丝、200吨PAN基碳纤维生产装置,成功填补我国碳纤维及原丝工业产业化生产空白。

据相关数据显示,在小丝束碳纤维市场上,日本企业所占有的市场份额占到全球产能的49%;在大丝束碳纤维市场上,日美两国合计拥有全球76%的大丝束碳纤维生产能力,处于明显的主导地位。随着中国在碳纤维领域投入的不断增大,中国碳纤维产量所占份额在不断提高。

从2000年开始,我国碳纤维向技术多元化发展,放弃了原来的硝酸法原丝制造技术,采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。目前利用自主技术研制的少数国产碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。

据Composiites的Chris预计,在未来五年中全球碳纤维在工业市场比现在的消费量将会大大增加。

据钱伯章介绍,近年来,国家有关部委已将碳纤维技术的产业化进程作为我国的一项战略任务。随后,一些企业相继加入碳纤维生产行列。目前,我国已有吉林神舟碳纤维公司、山东天泰新材料股份有限公司、浙江嘉兴中宝碳纤维有限公司、保定天鹅化纤集团、大连兴科碳纤维有限公司、山西恒天纺织新纤维科技有限公司等生产规模大小不一的碳纤维生产厂家,合计年生产能力为2310吨。据不完全统计,目前拟建和在建的碳纤维生产企业有11家,合计生产能力为原丝年产量7100吨、碳纤维1560吨,其中在建企业为4家,合计生产能力为原丝年产量1100吨、碳纤维470吨。

2015年,国内碳纤维的需求量是1.5万吨,其中,国外企业占据80%左右的市场,国产碳纤维自给率只有20%左右。

反观全球,由于碳纤维生产工艺复杂,至今世界上规模企业不超过12家。他们分别是日本的东丽、东邦和三菱丽阳,美国的氰特工业公司、赫克塞尔公司、卓尔泰克公司、阿莫科公司,德国的SGL,韩国泰光产业公司以及中国台湾的台塑公司等。其中领先的生产商有日本的三菱丽阳、东邦和东丽以及美国Cytec、Hexcel公司等。

趋势一:碳纤维产品向稳定性、高端化方向发展

2008年,我国全面启动和实施的大飞机重大专项整体配套项目中,包括了碳纤维在内的诸多化工新材料项目,随着以该专项为代表的国内各领域对碳纤维产品需求的增加,许多碳纤维研究项目或千吨级产业化项目纷纷启动。然而,由于我国碳纤维行业缺乏具有自主知识产权的核心产业化技术,产业发展不会一蹴而就,但发展契机已到。

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,但缺乏核心技术团队,生产工艺的稳定性和过程控制的一致性较差,无法保证碳纤维产品质量和稳定性,生产成本很高。因此,实现产品的稳定化生产,提高设备利用率是必然趋势。

据介绍,从技术研发到产业化转化的难度更大,因此碳纤维要真正实现国产化还需要一个漫长的过程。由于市场短缺,近年来国内出现了“碳纤维热”。但应指出,虽然当前国内市场对碳纤维产品需求较大,但盲目发展存在很大风险,这些千吨级项目实施几年以后市场出现过剩将成为必然。

郑重声明:本文版权归金沙网www.js55.com所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。