全球碳纤维的发展势头强劲,俄罗斯HCC公司1700吨碳纤维生产线于2015年5月投产工厂;赫氏将投资2.5亿美元在法国建立新的碳纤维工厂;到2020年,卓尔泰克大丝束碳纤维产能将从目前的1.3万吨增加至2.6万吨。
但是,碳纤维的生产成本较高,其原料丙烯腈的价格为9700元/吨,DMSO(二甲基亚砜)的价格为12500元/吨,原材料的成本占比约为30%~35%;燃动(电、水、天然气、蒸汽)的成本占比约为30%~40%;废水废气处理的成本占比为7%。所以对碳纤维的研发,企业需要投入大量资金。
国外主要通过技术创新、加大对碳纤维市场的开发力度等措施发展碳纤维及其复合材料。他们不仅与航空航天、汽车工业等碳纤维应用企业建立了良好的合作关系,建立了完整的碳纤维产业链,而且通过与材料、设计和制造工艺领域的紧密协作实现碳纤维材料的应用。
其中,日本东丽和美国赫氏都有预浸料、织物、短纤、夹层材料等中间成型物,直接为客户提供复合材料解决方案,方便了客户的使用,同时也解决了纤维产品与客户树脂不匹配的问题。SGL和宝马公司合作开发汽车用碳纤维,并继续增加产能,开发低成本汽车用碳纤维。目前,国外已经形成设计、制造、分析及验证立体化系统的复合材料结构技术体系。
我国在碳纤维研发方面也取得了一定的成绩。目前,我国T300级碳纤维已实现千吨级产业化,产品成功应用于航空等领域;T700级碳纤维千吨级生产线已建成,产品进入应用考核阶段;T800级碳纤维百吨级线建成并已批量生产。
但是,我国碳纤维的实际产量仍然很低。2007年~2014年,碳纤维累计产量为12300吨,其中,2007年,我国碳纤维产量为200吨,2014年,只增长至3200吨。
“十三五”期间,我国碳纤维发展的总体思路为:通过技术突破,突破国产碳纤维在高端领域应用的制备关键技术和低成本制备技术,实现碳纤维制备技术从跟踪创新到原始创新的跨越,建立具有中国自主知识产权的碳纤维制备与应用技术体系;建立有中国特色的碳纤维制备及应用产业链结构,实现碳纤维在交通运输、能源、建筑、航天航空兵器核等领域的应用完全自主持续保障;形成碳纤维制备技术与产品有序竞争,实现国产碳纤维品种系列化、工艺多元化、产能规模化,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,使国产碳纤维技术、产品性能与生产成本与国际先进水平相当,具备产业竞争力。
我国碳纤维的发展应该在以下几点努力:首先,碳纤维产业链应提升自主创新能力,培育应用市场;应借鉴国外先进经验,通过军民融合和产学研用紧密结合,提高研发、应用和产业化的水平等。
其次,要解决技术与应用瓶颈问题,研发高性能纤维制备、低成本自动化制造工艺。
最后,从国家层面支持和推动碳纤维产业链的建设,建立碳纤维复合材料产业集群。
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