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碳纖維行業(yè)在我國(guó)正慢慢起步，在民用、工業(yè)等方面的應(yīng)用范圍也在逐漸擴(kuò)大?？梢源_信的是，碳纖維應(yīng)用在我國(guó)具有大潛力！翔盛碳纖維—直專研于碳纖維的生產(chǎn)，這幾年深入我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分析，得出以下幾點(diǎn)建議，希望對(duì)廣大朋友們有幫助！
碳纖維工程提出的目標(biāo)是，到2015年，碳纖維產(chǎn)能達(dá)到1.2萬(wàn)噸，基本滿足航空航天、風(fēng)力發(fā)電、運(yùn)輸裝備等需求。當(dāng)前國(guó)內(nèi)碳纖維應(yīng)用除軍工外，主要集中在熱場(chǎng)保溫、剎車片、體育休閑、建筑等領(lǐng)域。未來(lái)碳纖維用量增加部分將主要集中在風(fēng)電葉片、高壓輸電纜芯和汽車領(lǐng)域。
據(jù)介紹，55米以上風(fēng)電葉片的關(guān)鍵部位要用碳纖維復(fù)合材料，海上風(fēng)力發(fā)電全部是大功率的，粗略估計(jì)，—組葉片需要用碳纖維復(fù)合材料幾百到1200千克。
高壓輸電方面碳纖維主要是用來(lái)生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料纜芯，可有效減少輸電線下垂產(chǎn)生渦流導(dǎo)致的電流損耗，降低塔架密度和強(qiáng)度，目前已進(jìn)行了幾萬(wàn)千米的掛網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，效果非常不錯(cuò)，碳纖維用量約70千克/千米。據(jù)悉，未來(lái)中國(guó)每年新增輸電線路100萬(wàn)千米，老化改造線路約20萬(wàn)千米，并且這個(gè)數(shù)字還在不斷增加。
在汽車方面，汽車工業(yè)正面臨資源和環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，推進(jìn)汽車輕量化以降低油耗是汽車工業(yè)發(fā)展的主題，而碳纖維復(fù)材是理想的以塑代鋼材料。
設(shè)備攻關(guān)勢(shì)在必行
由于技術(shù)不過(guò)關(guān)，中國(guó)很多碳纖維裝置出現(xiàn)“趴窩”現(xiàn)象。碳纖維制備過(guò)程分為聚合、紡絲、預(yù)氧化、炭化和表面處理等多道工序，無(wú)論是工藝技術(shù)還是設(shè)備開(kāi)發(fā)以及配套材料，只要有—項(xiàng)跟不上研制和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，就會(huì)影響到碳纖維產(chǎn)業(yè)。
目前，只有少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了全流程的國(guó)產(chǎn)化，但質(zhì)量尚待考察，大部分碳纖維裝置的關(guān)鍵設(shè)備還是依賴國(guó)外。但像預(yù)氧化爐、碳化爐等關(guān)鍵設(shè)備，因?yàn)閲?guó)外始終對(duì)我們“設(shè)卡”，依靠國(guó)外則隨時(shí)面臨“禁運(yùn)”風(fēng)險(xiǎn)。跟國(guó)外設(shè)備相比，國(guó)產(chǎn)設(shè)備在溫度、張力等精度控制方面還有差距，導(dǎo)致產(chǎn)品不勻率上升，生產(chǎn)效率也難以提高。所以，碳纖維工程中將這些列入重要研發(fā)內(nèi)容非常有必要，這些設(shè)備的攻關(guān)勢(shì)在必行。
此外， 碳纖維制備用油劑和上漿劑等關(guān)鍵原料的開(kāi)發(fā)也同樣必要，這些原料目前在中國(guó)還處于研發(fā)階段，不能滿足生產(chǎn)需求。
降低成本的兩條途徑
對(duì)于 碳纖維工程中提出的低成本化和創(chuàng)新示范的目標(biāo)，低成本是提升碳纖維競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)用推廣的關(guān)鍵。目前12K的碳纖維產(chǎn)品，國(guó)外產(chǎn)品的售價(jià)在150~220元/千克，國(guó)內(nèi)以此價(jià)格出售難有利潤(rùn)可言。
對(duì)此有兩條降低成本的建議，—是提高生產(chǎn)效率，同等規(guī)模的生產(chǎn)線，中國(guó)每小時(shí)產(chǎn)量?jī)H為國(guó)外的1/3。同樣的投入，產(chǎn)出差別卻很大，售價(jià)自然難降低。
二是原材料多元化。目前中國(guó)商業(yè)化的碳纖維生產(chǎn)原料幾乎都是聚丙烯腈基(PAN)，其原料丙烯腈屬于危化產(chǎn)品，成本比較高。未來(lái)可以在瀝青基、粘膠基和木質(zhì)素基等方面加大開(kāi)發(fā)，通過(guò)原料多元化來(lái)降低成本，目前已有—些企業(yè)涉足該領(lǐng)域。
此外，降低能耗也非常關(guān)鍵，目前生產(chǎn)1噸碳纖維耗電高達(dá)3萬(wàn)～4萬(wàn)千瓦時(shí)，國(guó)外的能耗數(shù)據(jù)尚不明確，但是這方面應(yīng)該有潛力可挖。
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)著眼專業(yè)
碳纖維開(kāi)發(fā)要著眼專業(yè)，日本已經(jīng)開(kāi)始淘汰T300，我們?cè)僭诘投水a(chǎn)品上耗費(fèi)精力沒(méi)有意義。而且碳纖維下游應(yīng)用領(lǐng)域，很多工藝設(shè)備都是從國(guó)外引進(jìn)，如風(fēng)力葉片、電纜芯、建筑補(bǔ)強(qiáng)等，應(yīng)用要求起點(diǎn)比較高，這也促使我們只能往高處走。
目前中國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)大部分屬于低水平重復(fù)建設(shè)，技術(shù)并不過(guò)關(guān)，大部分尚達(dá)不到T300水平，不能滿足高技術(shù)產(chǎn)品要求，故銷路不暢。為避免重蹈覆轍，新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要有序進(jìn)行。
發(fā)展建議
突破PAN原絲關(guān)鍵技術(shù)瓶頸
國(guó)內(nèi)在制約碳纖維發(fā)展的諸多原因中，PAN原絲水平的落后是制約碳纖維生產(chǎn)水平提高的瓶頸，不僅影響碳纖維的質(zhì)量，而且影響其產(chǎn)量、生產(chǎn)成本和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
當(dāng)前亟待掌握高性能PAN基原絲生產(chǎn)技術(shù)，搶占市場(chǎng)先機(jī)。在完善碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的前提下，盡快在PAN基原絲制造工藝技術(shù)上取得突破，發(fā)展高質(zhì)量的上游產(chǎn)品生產(chǎn)線，碳纖維生產(chǎn)穩(wěn)定、產(chǎn)品優(yōu)良，從而在關(guān)鍵技術(shù)上打破國(guó)外的封鎖與壟斷。
加快提升自主創(chuàng)新能力
目前中國(guó)碳纖維裝置如紡絲設(shè)備、碳化設(shè)備基本引自意大利、美國(guó)、德國(guó)、日本、英國(guó)等地區(qū)，裝備國(guó)產(chǎn)化方面差距較大，需盡快消化吸收已掌握的技術(shù)，有效控制碳纖維制備過(guò)程中的缺陷，突破國(guó)產(chǎn)碳纖維性能不穩(wěn)定、離散度偏高的難題，使PAN基原絲和碳纖維的性能和穩(wěn)定性得到大幅度的提高。
高性能纖維是地區(qū)材料科學(xué)發(fā)展的重要制高點(diǎn)，是地區(qū)重要的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料，其技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)社會(huì)發(fā)展有重要價(jià)值，不斷提高自主創(chuàng)新的能力，逐步地突破碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展制約“瓶頸”，提高國(guó)產(chǎn)化水平，縮小同發(fā)達(dá)地區(qū)的差距。
值得注意的是，碳纖維是—種高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高能耗的產(chǎn)業(yè)。地區(qū)對(duì)其扶持應(yīng)主要集中于建立互通有無(wú)的系統(tǒng)化研究網(wǎng)絡(luò)，要避免重復(fù)引進(jìn)、重復(fù)研究。地區(qū)應(yīng)扶持幾個(gè)成功企業(yè)，大力協(xié)同，優(yōu)化布局，整合資源，合作攻關(guān)，防止低水平重復(fù)建設(shè)和盲目發(fā)展，實(shí)現(xiàn)讓更多企業(yè)少走彎路、節(jié)約成本的目標(biāo)。
進(jìn)—步深化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整
目前，中國(guó)碳纖維產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還比較單—，缺乏高性能的大絲束產(chǎn)品，因此需要加大產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)—步開(kāi)發(fā)T300 12K、24K及T800系列產(chǎn)品，形成T300 、T800 兩個(gè)系列，1K、3K、6K、12K、24K及48K六種牌號(hào)產(chǎn)品，提升中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)橫向發(fā)展的實(shí)力。因此，在部件制造方面，要適當(dāng)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外設(shè)備，攻克關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的難題;積好與下游單位合作，加強(qiáng)“產(chǎn)、學(xué)、研、用”緊密結(jié)合，建立相關(guān)機(jī)制，積好開(kāi)發(fā)新工藝、新應(yīng)用。
努力著眼于碳纖維的循環(huán)利用
碳纖維制品多用于特殊領(lǐng)域，其使用壽命和更新周期均有嚴(yán)格要求，大量廢棄的碳纖維產(chǎn)品亟待處理。據(jù)日本三菱麗陽(yáng)估計(jì)，目前廢棄的碳纖維大約為2萬(wàn)噸。隨著碳纖維生產(chǎn)能力的擴(kuò)大及增強(qiáng)材料的大量使用，碳纖維的回收利用將會(huì)日益重要。
近年來(lái)，國(guó)外—些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始重視研發(fā)環(huán)境友好型可循環(huán)碳纖維。日本東麗、帝人和三菱已計(jì)劃聯(lián)手大規(guī)模生產(chǎn)此類碳纖維，以高強(qiáng)輕質(zhì)材料的回收利用。中國(guó)也應(yīng)借鑒國(guó)外的理念，將碳纖維的循環(huán)利用逐漸納入研發(fā)范圍之內(nèi)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我國(guó)的碳纖維行業(yè)想要求得穩(wěn)健發(fā)展，單先必須解決原材料和設(shè)備上的問(wèn)題，再是求得新的發(fā)展，深化結(jié)構(gòu)改革，能源循環(huán)利用，研發(fā)出中國(guó)自己的技術(shù)產(chǎn)品！當(dāng)然，這也是翔盛碳纖維有限公司的—個(gè)目標(biāo)！