碳纖維發展現狀與思考

    碳纖維作為戰略性新興產業中的一種重要產品，正受到越來越多的關注，國內碳纖維生產線建設也異常熱鬧。然而，相比日本，中國碳纖維研發和產業化技術落后20-25年，目前該產業仍然處于培育階段。

    就產品而言，中國高性能碳纖維基本處于空白，目前國內只有相當于或次于T300級碳纖維的產品，T700級碳纖維尚處于工程化研究階段，T800、MJ系列碳纖維尚在攻關，而且牌號、規格單一。目前國內以3k（每束3000根）、12k的T300級碳纖維為主打產品。國外單線最大產能已達1800噸 (12k)，生產效率高。相比之下中國生產技術和設備規模均有較大差距，因此成本差異很大，導致中國碳纖維產品沒有市場競爭力。

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    相對于有些落寞的技術開發，碳纖維生產線建設卻一片紅火。目前中國碳纖維生產企業已近30家，規劃產能在7-8萬噸/年。除了民營企業，中國石油、中國石化、中國化工、中國鋼鐵、中國建材、首鋼國際等大型國企都已介入。

    投資如此火熱一方面是企業看好碳纖維市場前景。未來碳纖維市場的增長點在風電葉片、建筑材料、汽車、大飛機、壓力容器和高壓輸電線等新興工業領域，消費量將會大幅增長，幾十萬噸也可能不夠用。但另一方面則是一些地方政府盲目跟風。 123456

    碳纖維產業的技術基礎尚未奠定，產能自然難以轉化為產量。目前國內技術水平高的碳纖維企業也有幾家，但由于沒有形成規模優勢，同等質量產品的價格遠高于國外。據了解，日本東麗T700級碳纖維的成本與國內T300級的成本相當。 123456

    西方國家將碳纖維視為戰略物資，曾對中國禁售、禁運，根本不可能轉讓技術。上世紀80年代中國就曾從英國RK公司引進大絲束預氧化爐和炭化爐，結果兩套設備均未能正常運轉。實踐證明，無論從政治角度還是商業角度，技術水平較高的碳纖維公司都不可能向中國轉讓技術或出售設備。然而，高性能纖維及復合材料市場的中心將進一步向亞洲轉移，中國高性能碳纖維復合材料產業前景不可估量。

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碳纖維列入新材料產業“十二五”發展規劃 123456

    碳纖維已列入《新材料產業“十二五”發展規劃》重大工程。中國碳纖維產業發展還處于初級階段，把碳纖維列入重點工程，有助于激發政府和企業的投資熱情，加快推進產業發展。如果預定目標能夠全部實現，則中國碳纖維產業將成功起步。

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應用極具潛力

    碳纖維工程提出的目標是，到2015年，碳纖維產能達到1.2萬噸，基本滿足航空航天、風力發電、運輸裝備等需求。當前國內碳纖維應用除軍工外，主要集中在熱場保溫、剎車片、體育休閑、建筑等領域。未來碳纖維用量增加部分將主要集中在風電葉片、高壓輸電纜芯和汽車領域。

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    據介紹，55米以上風電葉片的關鍵部位必須要用碳纖維復合材料，特別是海上風力發電全部是大功率的，粗略估計，一組葉片需要用碳纖維復合材料幾百到1200千克。

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    高壓輸電方面碳纖維主要是用來生產碳纖維復合材料纜芯，可有效減少輸電線下垂產生渦流導致的電流損耗，降低塔架密度和強度，目前已進行了幾萬千米的掛網實驗，效果非常不錯，碳纖維用量約70千克/千米。據悉，未來中國每年新增輸電線路100萬千米，老化改造線路約20萬千米，并且這個數字還在不斷增加。

    在汽車方面，汽車工業正面臨資源和環境的嚴峻挑戰，推進汽車輕量化以降低油耗是汽車工業發展的主題，而碳纖維復材是理想的以塑代鋼材料。

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設備攻關勢在必行 內容來自123456

    由于技術不過關，中國很多碳纖維裝置出現“趴窩”現象。碳纖維制備過程分為聚合、紡絲、預氧化、炭化和表面處理等多道工序，無論是工藝技術還是設備開發以及配套材料，只要有一項跟不上研制和產業化進程，就會影響到碳纖維產業。

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    目前，只有少數企業實現了全流程的國產化，但質量尚待考察，大部分碳纖維裝置的關鍵設備還是依賴進口。但像預氧化爐、碳化爐等關鍵設備，因為國外始終對我們“設卡”，依靠進口則隨時面臨“禁運”風險。跟進口設備相比，國產設備在溫度、張力等精度控制方面還有一定差距，導致產品不勻率上升，生產效率也難以提高。所以，碳纖維工程中將這些列入重要研發內容非常有必要，這些設備的攻關勢在必行。

    此外，碳纖維制備用油劑和上漿劑等關鍵原料的開發也同樣必要，這些原料目前在中國還處于研發階段，不能滿足生產需求。

降低成本的兩條途徑

    對于碳纖維工程中提出的低成本化和高端創新示范的目標，低成本是提升碳纖維競爭力和應用推廣的關鍵。目前12K的碳纖維產品，國外產品的售價在150~220元/千克，國內以此價格出售難有利潤可言。 copyright 123456

    對此有兩條降低成本的建議，一是提高生產效率，同等規模的生產線，中國每小時產量僅為國外的1/3。同樣的投入，產出差別卻很大，售價自然難降低。

    二是原材料多元化。目前中國商業化的碳纖維生產原料幾乎都是聚丙烯腈基（PAN），其原料丙烯腈屬于危化產品，成本比較高。未來可以在瀝青基、粘膠基和木質素基等方面加大開發，通過原料多元化來降低成本，目前已有一些企業涉足該領域。

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    此外，降低能耗也非常關鍵，目前生產1噸碳纖維耗電高達3萬～4萬千瓦時，國外的能耗數據尚不明確，但是這方面應該有潛力可挖。

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產品開發著眼高端 內容來自123456

    碳纖維開發必須要著眼高端，日本已經開始淘汰T300，我們再在低端產品上耗費精力沒有意義。而且碳纖維下游應用領域，很多工藝設備都是從國外引進，如風力葉片、電纜芯、建筑補強等，應用要求起點比較高，這也促使我們只能往高處走。 123456

    目前中國碳纖維生產企業大部分屬于低水平重復建設，技術并不過關，大部分尚達不到T300水平，不能滿足高技術產品要求，故銷路不暢，每年還要進口約6000～7000噸。為避免重蹈覆轍，新興產業發展需要在政府指導下有序進行。

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發展建議 123,123

突破PAN原絲關鍵技術瓶頸

    國內在制約碳纖維發展的諸多原因中，PAN原絲水平的落后是制約碳纖維生產水平提高的瓶頸，不僅影響碳纖維的質量，而且影響其產量、生產成本和市場競爭能力。

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    當前亟待掌握高性能PAN基原絲生產技術，搶占市場先機。在完善碳纖維生產技術的前提下，盡快在PAN基原絲制造工藝技術上取得突破，發展高質量的上游產品生產線，保證碳纖維生產穩定、產品優質，從而在關鍵技術上打破國外的封鎖與壟斷。 123456

加快提升自主創新能力 123,123

    目前中國碳纖維裝置如紡絲設備、碳化設備基本引自意大利、美國、德國、日本、英國等先進國家，裝備國產化方面差距較大，需盡快消化吸收已掌握的技術，有效控制碳纖維制備過程中的缺陷，突破國產碳纖維性能不穩定、離散度偏高的難題，使PAN基原絲和碳纖維的性能和穩定性得到大幅度的提高。 本文來自123

    高性能纖維是國家材料科學發展的重要制高點，是國家重要的戰略性基礎材料，其技術突破與產業化應用對于推動社會發展有重要價值，不斷提高自主創新的能力，有重點地突破碳纖維產業化發展制約“瓶頸”，提高國產化先進水平，縮小同發達國家的差距。

    值得注意的是，碳纖維是一種高投入、高風險、高能耗的產業。國家對其扶持應主要集中于建立互通有無的系統化研究網絡，要避免重復引進、重復研究。國家應重點扶持幾個成功企業，大力協同，優化布局，整合資源，合作攻關，防止低水平重復建設和盲目發展，實現讓更多企業少走彎路、節約成本的目標。

進一步深化產品結構調整

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    目前，中國碳纖維產品結構還比較單一，缺乏高性能的大絲束產品，因此必須加大產品結構調整，進一步開發T300 12K、24K及T800系列產品，形成T300 、T800 兩個系列，1K、3K、6K、12K、24K及48K六種牌號產品，提升中國碳纖維產業橫向發展的實力。因此，在部件制造方面，要適當購買國外先進設備，攻克關鍵設備國產化的難題；積極與下游單位合作，加強“產、學、研、用”緊密結合，建立相關機制，積極開發新工藝、新應用。

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努力著眼于碳纖維的循環利用

    碳纖維制品多用于特殊領域，其使用壽命和更新周期均有嚴格要求，大量廢棄的碳纖維產品亟待處理。據日本三菱麗陽估計，目前全球廢棄的碳纖維大約為2萬噸。隨著碳纖維生產能力的擴大及增強材料的大量使用，碳纖維的回收利用將會日益重要。

    近年來，國外一些企業已經開始重視研發環境友好型可循環碳纖維。日本東麗、帝人和三菱已計劃聯手大規模生產此類碳纖維，以促進高強輕質材料的回收利用。中國也應借鑒國外的先進理念，將碳纖維的循環利用逐漸納入研發范圍之內。

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