目前,世界主要碳纖維生產(chǎn)廠家有赫氏(美國)、CYTEC(美國)、SGL(德國)、中國臺灣臺塑、AKSA(土耳其),以及中國大陸的中復(fù)神鷹、江蘇恒神、威海拓展等。
全球碳纖維的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁,俄羅斯HCC公司1700噸碳纖維生產(chǎn)線于2015年5月投產(chǎn)工廠;赫氏將投資2.5億美元在法國建立新的碳纖維工廠;到2020年,卓爾泰克大絲束碳纖維產(chǎn)能將從目前的1.3萬噸增加至2.6萬噸。
但是,碳纖維的生產(chǎn)成本較高,其原料丙烯腈的價格為9700元/噸,DMSO(二甲基亞砜)的價格為12500元/噸,原材料的成本占比約為30%~35%;燃動(電、水、天然氣、蒸汽)的成本占比約為30%~40%;廢水廢氣處理的成本占比為7%。所以對碳纖維的研發(fā),企業(yè)需要投入大量資金。
國外主要通過技術(shù)創(chuàng)新、加大對碳纖維市場的開發(fā)力度等措施發(fā)展碳纖維及其復(fù)合材料。他們不僅與航空航天、汽車工業(yè)等碳纖維應(yīng)用企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系,建立了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈,而且通過與材料、設(shè)計和制造工藝領(lǐng)域?qū)<业木o密協(xié)作實現(xiàn)碳纖維材料的應(yīng)用。
其中,日本東麗和美國赫氏都有預(yù)浸料、織物、短纖、夾層材料等中間成型物,直接為客戶提供復(fù)合材料解決方案,方便了客戶的使用,同時也解決了纖維產(chǎn)品與客戶樹脂不匹配的問題。SGL和寶馬公司合作開發(fā)汽車用碳纖維,并繼續(xù)增加產(chǎn)能,開發(fā)低成本汽車用碳纖維。目前,國外已經(jīng)形成設(shè)計、制造、分析及驗證立體化系統(tǒng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)體系。
我國在碳纖維研發(fā)方面也取得了一定的成績。目前,我國T300級碳纖維已實現(xiàn)千噸級產(chǎn)業(yè)化,產(chǎn)品成功應(yīng)用于航空等領(lǐng)域;T700級碳纖維千噸級生產(chǎn)線已建成,產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng)用考核階段;T800級碳纖維百噸級線建成并已批量生產(chǎn)。
但是,我國碳纖維的實際產(chǎn)量仍然很低。2007年~2014年,碳纖維累計產(chǎn)量為12300噸,其中,2007年,我國碳纖維產(chǎn)量為200噸,2014年,只增長至3200噸。
我國碳纖維產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家還存在差距。當(dāng)前,我國沒有完整產(chǎn)業(yè)鏈的碳纖維企業(yè),纖維、樹脂、預(yù)浸料的開發(fā)、生產(chǎn)長期以來脫節(jié),缺乏一體化的解決方案。上游碳纖維產(chǎn)能分散、生產(chǎn)線規(guī)模小、開車率低、品種單一,生產(chǎn)成本高;中游復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)薄弱,先進(jìn)的設(shè)備和高端碳纖維預(yù)浸料主要靠進(jìn)口;下游市場需求疲軟。
面對差距,我國也在加快碳纖維的發(fā)展步伐。中簡科技總投資超過3億元,預(yù)計2017年建成投產(chǎn),達(dá)產(chǎn)后,將實現(xiàn)年產(chǎn)千噸的T700/T800級碳纖維。2015年5月,中國藍(lán)星、北京化工大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院、北京首都科技發(fā)展集團(tuán)在北京簽署高強(qiáng)高模碳纖維產(chǎn)業(yè)化項目戰(zhàn)略合作協(xié)議,共建產(chǎn)業(yè)化基地。
“十三五”期間,我國碳纖維發(fā)展的總體思路為:通過技術(shù)突破,突破國產(chǎn)碳纖維在高端領(lǐng)域應(yīng)用的制備關(guān)鍵技術(shù)和低成本制備技術(shù),實現(xiàn)碳纖維制備技術(shù)從跟蹤創(chuàng)新到原始創(chuàng)新的跨越,建立具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的碳纖維制備與應(yīng)用技術(shù)體系;建立有中國特色的碳纖維制備及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu),實現(xiàn)碳纖維在交通運輸、能源、建筑、航天航空兵器核等領(lǐng)域的應(yīng)用完全自主持續(xù)保障;形成碳纖維制備技術(shù)與產(chǎn)品有序競爭,實現(xiàn)國產(chǎn)碳纖維品種系列化、工藝多元化、產(chǎn)能規(guī)?;?,高強(qiáng)、高強(qiáng)中模、高模和高模高強(qiáng)碳纖維主要產(chǎn)品滿足應(yīng)用需求,培育3~5家碳纖維龍頭企業(yè),使國產(chǎn)碳纖維技術(shù)、產(chǎn)品性能與生產(chǎn)成本與國際先進(jìn)水平相當(dāng),具備產(chǎn)業(yè)競爭力。
我國碳纖維的發(fā)展應(yīng)該在以下幾點努力:首先,碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)提升自主創(chuàng)新能力,培育應(yīng)用市場;應(yīng)借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗,通過軍民融合和產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合,提高研發(fā)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的水平等。
其次,要解決技術(shù)與應(yīng)用瓶頸問題,研發(fā)高性能纖維制備、低成本自動化制造工藝。
最后,從國家層面支持和推動碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè),建立碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)集群。