國產碳纖維迎接詩和遠方

本刊記_郭春花

國產碳纖維迎接詩和遠方

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碳纖維等高性能纖維是航空、航天、國防建設、經濟建設和科技進步等領域不可或缺的主要戰略物資，也是低碳經濟中輕量化的核心技術之一。近年來在國家相關政策的推動下，我國碳纖維行業快速發展，工藝技術不斷優化，生產裝備不斷提升，應用領域不斷拓展，成功解決了“從無到有” 的問題。近日，碳纖維產業的一場高端會議——“碳纖維產業技術發展高層研討會暨2016年中國化學纖維工業協會碳纖維分會年會”在山東威海隆重召開，與會代表集中探討了未來我國碳纖維做強做大的發展方向及側重點。

新聞鏈接

全球首輛碳纖維智能機器人電子驅動車在連云港誕生

7月22日,全球首輛碳纖維智能機器人電子驅動車在連云港誕生，該車由連云港神鷹碳纖維自行車股份有限公司自主研發，標志著碳纖維產業鏈在民用交通領域取得進一步拓展。

連云港神鷹碳纖維自行車股份有限公司董事長張斯緯介紹說，這款電動車車架采用全碳纖維材料和先進的成型工藝，車身輕便，全車僅重15Kg（含電池），時速可以達到20公里，最大載重150Kg，充電4小時可以續航30公里。

神鷹碳纖維自行車公司總經理趙柯在接受媒體采訪時說道：“碳纖維智能機器人電子驅動車主要解決城市交通擁堵的問題，市場前景非常廣闊。我們現有產能5萬輛，今后將逐步研發新產品，形成產品群，將來達到百萬輛的產能?！?/p>

據介紹，連云港神鷹碳纖維自行車股份有限公司被認定為2015年江蘇省工業設計中心。經過近幾年的不斷發展，公司設計的主導產品包括碳纖維系列自行車、碳纖維小提琴、戶外運動飛行器等。下一步，公司將加快研制碳纖維新產品、提升研發制造能力、提高產品檔次。（肖婷婷）

全球產能繼續提高

2015年我國碳纖維有效產能約為1.5萬噸，全年產量完成約3500噸，比上年略有下降，其中威海拓展、中復神鷹、江蘇恒神、吉林碳谷、方大江城、上海石化、浙江精功等7家企業基本保持了百噸級以上的穩定生產。

再看國際，2015年全球PAN基碳纖維的產能達到14.2萬噸(小絲束占70%)，排名前五的企業為東麗、帝人、德國SGL、三菱麗陽和美國Zoltek公司，占全球總產能的60%，其中東麗產能占比約18%。

伴隨著碳纖維應用領域的廣泛拓展，國際主要碳纖維企業正在繼續提高產能。中國復合材料集團有限公司董事長張定金指出：“帝人集團將在美國南卡羅萊納州投資300億日元建立新的碳纖維工廠，這可以說是該集團近十年來最大的一筆設備投資?！睋私?，新工廠的最大年產能為3000噸，此次增產將使該集團碳纖維年產能增加約30%。

“東麗也宣布至2020年計劃投資1000億日元，在美國打造一條全新高效能碳纖維生產線，初期年產2000噸。三菱麗陽近來也聲明，將向旗下大竹事業所追加設備投資，將大絲束碳纖維的年產能從目前的2700噸增加到3900噸。新設備預計將于2017年第三季度投產運作。到2017年，三菱麗陽的總產能將從目前的10100噸提升至13300噸，提高約三成?！睆埗ń鸾榻B。

碳纖維生產高效化、低成本化是未來發展重點。

民用、工業領域需求強勁

相關數據表明，2015年全球PAN基碳纖維的總用量約為6萬噸，航空、工業和運動/休閑三大行業分別占據22%、62%和16%?！皩μ祭w維需求量增幅較大的行業有風力發電、模塑料、壓力容器及汽車?！睆埗ń痤A計，到2020年，碳纖維需求量將達到10萬噸，其中72%將會應用于汽車行業和風電行業。

當前，我國汽車保有量約為1.5億輛，70%的成品油用于機動車燃料，預計到2025年汽車保有量為3億輛，國家能源發展戰略難以滿足這一增長需求，汽車排放造成霧霾等環境惡化亟待解決。輕量化技術是汽車降低油耗、減少排放、提高電動車續航里程最有效的工程途徑之一，也是《中國制造2025》提出的核心技術和核心競爭力之一，而高性能纖維復合材料是輕量化技術最有效的工程材料。東華大學教授余木火介紹，全球幾乎所有汽車企業都在開展碳纖維汽車研發，同時零部件企業、碳纖維企業、樹脂基體、復合材料等企業也都在研發碳纖維汽車零部件。

“寶馬i3&i8是采用碳纖維復合材料應用于汽車輕量化設計中的典范，目前寶馬每天可生產100輛左右i3和10～20輛i8，制造過程比傳統汽車制造節電50%、節水70%。寶馬i3已于2013年在德國上市，目前訂購遠超出預定生產能力，寶馬i3正在迅速提高生產能力?！睆埗ń鸾榻B，未來汽車領域對碳纖維的需求量將繼續保持增長，預計到2018年全球碳纖維在汽車領域的需求量將在8600噸左右，到2024年將達4.7萬噸。

此外，張定金還對2015年碳纖維產能、產量及應用情況做了分析：“當前建筑領域的碳纖維布呈現需求、價格雙降趨勢，復合板材用量、預浸料需求逐漸增加，模壓成型產品需求呈上升趨勢，未來碳纖維應用領域前景廣闊。”

全國特種合成纖維信息中心主任、《高科技纖維與應用》雜志主編羅益鋒也提出，碳纖維與碳纖維復合材料的研發和產業化已進入重大創新期，在未來5～10年間，將迎來大發展的鼎盛時期。同時，隨著生產成本的不斷下降和低成本回收再生技術的發展，其市場應用將逐步趨于普及，成為新型大宗產品。

高效率、低成本發展考驗國內企業

威海光威復合材料股份有限公司董事會秘書、副總經理王穎超談到，國產碳纖維雖然解決了“從無到有”的問題， 但還處于較低水平，與美、日等碳纖維強國相比，國產碳纖維目前的技術水平、制造水平和質量穩定性等還有較大差距。

余木火認為，雖然輕量化技術為碳纖維產業帶來巨大機遇，但應該看到我國碳纖維與汽車輕量化之間尚存在一定的發展瓶頸，例如缺乏碳纖維汽車及其零部件結構設計、數據庫與標準，以及零部件生產成本高，缺乏上下游合作機制等。

“終端制造業在做成本核算時，按照現有中間體市場價格測算得出的結論是成本太高，直接否定使用碳纖維零部件的計劃?，F階段最重要的是，碳纖維行業應該明確告訴制造業規模應用的真實成本，不要用不合理的報價，嚇退一大批想用碳纖維的制造業。”余木火呼吁。

目前，國際碳纖維生產企業不斷致力于研發低成本化生產技術。余木火介紹，美國橡樹園國家實驗室2001年開始研究制備低成本碳纖維，2016年發放技術許可，其“大絲束腈綸+微波等離子碳化”技術可使成本降低50%；日本的“PAN芳環化+微波等離子體碳化”技術，可使生產效率提高10倍。

張定金也介紹，東京大學聯合日本產業技術綜合研究所、東麗、帝人、東邦特耐克絲（帝人集團）、三菱麗陽共同開發了一種新的碳纖維制造技術。該技術省去了纖維在空氣中長時間加熱的工序，與現有的技術相比，可把制造碳纖維所必需的能量及二氧化碳排放量減少約一半?！安捎眯录夹g可使目前每條生產線年均1000噸的碳纖維最大生產量增加9倍。”

可喜的是，東華大學也正在開發碳纖維低成本化生產新技術，其研究的“PAN芳環化+熔體或干噴濕紡+快速氧化”技術，已獲美國授權發明專利2件、日本授權發明專利5件、中國申請發明專利3件。目前，該技術正處于中試階段。

羅益鋒指出，以日本企業為代表的聚丙烯腈基碳纖維正朝高性能和超高效、低成本和低能耗兩大方向發展，以美國橡樹園國家實驗室制造系統研究集團為代表的碳纖維復合材料正朝制備過程更快速、更高效的方向發展，包括附加設備制造、自動化生產線、高精度設備或新模塑方法的研發，其中3D印刷復合材料已接近于實用化。

“美日碳纖維的創新方向代表了今后碳纖維及其復合材料的研發目標，此外為適應特定用途，特別是航空航天及國防領域的特殊需求，國內碳纖維行業還要不斷研發新型的樹脂體系，以及嵌入光柵傳感纖維的CFRP部件?！绷_益鋒提出。

當前，我國碳纖維企業約有30多家，規模整體較小，與年產3萬噸的國際龍頭企業無法競爭。余木火認為，我國急需建立工業用大絲束碳纖維技術及其產業鏈，同時支持小絲束碳纖維、大絲束碳纖維制造技術的研發，以工業應用帶動提升碳纖維整體產業鏈科技水平。

余木火同時也建議，未來應建立若干“高性能纖維與輕量化產業鏈示范工程”，形成產業鏈各環節具有合理開工率、連續穩定運行、合理企業利潤的完整示范工程；培育行業龍頭企業，提高規模效益，參與國際競爭；設立“高性能纖維與輕量化”重點科技專項，加大科技攻關力度；建立我國高性能纖維與輕量化技術科技與人才培養體系；制定我國高性能纖維及輕量化復合材料產業發展政策，優化發展環境。

碳纖維概念股顯現

碳纖維的明星效應以及產業本身巨大的發展空間，受到了資本市場的關注，資本市場產生了“碳纖維概念股”。

目前，一些具有碳纖維概念的A股公司,如和幫生物、申達股份等已經在借助資本市場的平臺，計劃通過非公開發行股票募集資金投資碳纖維；恒神股份已經通過新三板市場完成了兩次融資；吉林碳谷也于今年2月掛牌。目前，A股涉及碳纖維業務的上市公司有9家，包括中航高科、方大炭素、華訊方舟、上海石化等。同時，新三板掛牌企業有3家，包括恒神股份、吉林碳谷、浩源新材。

“國產碳纖維產業面向資本市場已經走出了第一步，雖然暫時還沒有以碳纖維為主營業務的A股上市公司，但是以碳纖維作為延伸業務的上市公司已經有多家，初步形成了碳纖維概念股。”王穎超介紹。

王穎超同時指出：“我們應該學習借鑒日本東麗、美國赫氏和德國SGL這些全球碳纖維領軍企業的產業發展經驗，并鼓勵碳纖維生產企業與下游行業，如知名汽車、航空等企業建立包括資本或戰略層面的深度利益捆綁合作模式。我們也建議國家有關部門開展以完善碳纖維產業化技術、提高工藝技術成熟度為目標的新一輪產業扶持，促進國產碳纖維從‘有’到‘強’。同時出臺相關政策，鼓勵碳纖維企業更多地走向資本市場，借助資本的力量整合碳纖維產業。只要我們團結一心，國產碳纖維定會突破瓶頸，迎來屬于它的詩和遠方！”

目前全球幾乎所有汽車企業都在開展碳纖維汽車研發。