中国粉体网讯 碳纤维等高性能纤维是航空、航天、国防建设、经济建设和科技进步等领域不可或缺的主要战略物资，也是低碳经济中轻量化的核心技术之一。近年来在国家相关政策的推动下，我国碳纤维行业快速发展，工艺技术不断优化，生产装备不断提升，应用领域不断拓展，成功解决了“从无到有”的问题。近日，碳纤维产业的一场高端会议——“碳纤维产业技术发展高层研讨会暨2016年中国化学纤维工业协会碳纤维分会年会”在山东威海隆重召开，与会代表集中探讨了未来我国碳纤维做强做大的发展方向及侧重点。
全球产能继续提高
2015年我国碳纤维有效产能约为1.5万吨，全年产量完成约3500吨，比上年略有下降，其中威海拓展、中复神鹰、江苏恒神、吉林碳谷、方大江城、上海石化、浙江精功等7家企业基本保持了百吨级以上的稳定生产。
再看国际，2015年全球PAN基碳纤维的产能达到14.2万吨(小丝束占70%)，排名前五的企业为东丽、帝人、德国SGL、三菱丽阳和美国Zoltek公司，占全球总产能的60%，其中东丽产能占比约18%。
伴随着碳纤维应用领域的广泛拓展，国际主要碳纤维企业正在继续提高产能。中国复合材料集团有限公司董事长张定金指出：“帝人集团将在美国南卡罗莱纳州投资300亿日元建立新的碳纤维工厂，这可以说是该集团近十年来最大的一笔设备投资。”据了解，新工厂的最大年产能为3000吨，此次增产将使该集团碳纤维年产能增加约30%。
“东丽也宣布至2020年计划投资1000亿日元，在美国打造一条全新高效能碳纤维生产线，初期年产2000吨。三菱丽阳近来也声明，将向旗下大竹事业所追加设备投资，将大丝束碳纤维的年产能从目前的2700吨增加到3900吨。新设备预计将于2017年第三季度投产运作。到2017年，三菱丽阳的总产能将从目前的10100吨提升至13300吨，提高约三成。”张定金介绍。
民用、工业领域需求强劲
相关数据表明，2015年全球PAN基碳纤维的总用量约为6万吨，航空、工业和运动/休闲三大行业分别占据22%、62%和16%。“对碳纤维需求量增幅较大的行业有风力发电、模塑料、压力容器及汽车。”张定金预计，到2020年，碳纤维需求量将达到10万吨，其中72%将会应用于汽车行业和风电行业。
当前，我国汽车保有量约为1.5亿辆，70%的成品油用于机动车燃料，预计到2025年汽车保有量为3亿辆，国家能源发展战略难以满足这一增长需求，汽车排放造成雾霾等环境恶化亟待解决。轻量化技术是汽车降低油耗、减少排放、提高电动车续航里程最有效的工程途径之一，也是《中国制造2025》提出的核心技术和核心竞争力之一，而高性能纤维复合材料是轻量化技术最有效的工程材料。东华大学教授余木火介绍，全球几乎所有汽车企业都在开展碳纤维汽车研发，同时零部件企业、碳纤维企业、树脂基体、复合材料等企业也都在研发碳纤维汽车零部件。
“宝马i3&i8是采用碳纤维复合材料应用于汽车轻量化设计中的典范，目前宝马每天可生产100辆左右i3和10～20辆i8，制造过程比传统汽车制造节电50%、节水70%。宝马i3已于2013年在德国上市，目前订购远超出预定生产能力，宝马i3正在迅速提高生产能力。”张定金介绍，未来汽车领域对碳纤维的需求量将继续保持增长，预计到2018年全球碳纤维在汽车领域的需求量将在8600吨左右，到2024年将达4.7万吨。
此外，张定金还对2015年碳纤维产能、产量及应用情况做了分析：“当前建筑领域的碳纤维布呈现需求、价格双降趋势，复合板材用量、预浸料需求逐渐增加，模压成型产品需求呈上升趋势。未来碳纤维应用领域前景广阔。”全国特种合成纤维信息中心主任、《高科技纤维与应用》杂志主编罗益锋也提出，碳纤维与碳纤维复合材料的研发和产业化已进入重大创新期，在未来5～10年间，将迎来大发展的鼎盛时期。同时，随着生产成本的不断下降和低成本回收再生技术的发展，其市场应用将逐步趋于普及，成为新型大宗产品。
高效率、低成本发展考验国内企业
威海光威复合材料股份有限公司董事会秘书、副总经理王颖超谈到，国产碳纤维虽然解决了“从无到有”的问题，但还处于较低水平，与美、日等碳纤维强国相比，国产碳纤维目前的技术水平、制造水平和质量稳定性等还有较大差距。
余木火认为，虽然轻量化技术为碳纤维产业带来巨大机遇，但应该看到我国碳纤维与汽车轻量化之间尚存在一定的发展瓶颈，例如缺乏碳纤维汽车及其零部件结构设计、数据库与标准，以及零部件生产成本高，缺乏上下游合作机制等。
“终端制造业在做成本核算时，按照现有中间体市场价格测算得出的结论是成本太高，直接否定使用碳纤维零部件的计划。现阶段最重要的是，碳纤维行业应该明确告诉制造业规模应用的真实成本，不要用不合理的报价，吓退一大批想用碳纤维的制造业。”余木火呼吁。
目前，国际碳纤维生产企业不断致力于研发低成本化生产技术。余木火介绍，美国橡树园国家实验室2001年开始研究制备低成本碳纤维，2016年发放技术许可，其“大丝束腈纶+微波等离子碳化”技术可使成本降低50%;日本的“PAN芳环化+微波等离子体碳化”技术，可使生产效率提高10倍。
张定金也介绍，东京大学联合日本产业技术综合研究所、东丽、帝人、东邦特耐克丝(帝人集团)、三菱丽阳共同开发了一种新的碳纤维制造技术。该技术省去了纤维在空气中长时间加热的工序，与现有的技术相比，可把制造碳纤维所必需的能量及二氧化碳排放量减少约一半。“采用新技术可使目前每条生产线年均1000吨的碳纤维最大生产量增加9倍。”
可喜的是，东华大学也正在开发碳纤维低成本化生产新技术，其研究的“PAN芳环化+熔体或干喷湿纺+快速氧化”技术，已获美国授权发明专利2件、日本授权发明专利5件、中国申请发明专利3件。目前，该技术正处于中试阶段。
罗益锋指出，以日本企业为代表的聚丙烯腈基碳纤维正朝高性能和超高效、低成本和低能耗两大方向发展，以美国橡树园国家实验室制造系统研究集团为代表的碳纤维复合材料正朝制备过程更快速、更高效的方向发展，包括附加设备制造、自动化生产线、高精度设备或新模塑方法的研发，其中3D印刷复合材料已接近于实用化。
“美日碳纤维的创新方向代表了今后碳纤维及其复合材料的研发目标，此外为适应特定用途，特别是航空航天及国防领域的特殊需求，国内碳纤维行业还要不断研发新型的树脂体系，以及嵌入光栅传感纤维的CFRP部件。”罗益锋提出。
当前，我国碳纤维企业约有30多家，规模整体较小，与年产3万吨的国际龙头企业无法竞争。余木火认为，我国急需建立工业用大丝束碳纤维技术及其产业链，同时支持小丝束碳纤维、大丝束碳纤维制造技术的研发，以工业应用带动提升碳纤维整体产业链科技水平。
余木火同时也建议，未来应建立若干“高性能纤维与轻量化产业链示范工程”，形成产业链各环节具有合理开工率、连续稳定运行、合理企业利润的完整示范工程;培育行业龙头企业，提高规模效益，参与国际竞争;设立“高性能纤维与轻量化”重点科技专项，加大科技攻关力度;建立我国高性能纤维与轻量化技术科技与人才培养体系;制定我国高性能纤维及轻量化复合材料产业发展政策，优化发展环境。
碳纤维概念股显现
碳纤维的明星效应以及产业本身巨大的发展空间，受到了资本市场的关注，资本市场产生了“碳纤维概念股”。
目前，一些具有碳纤维概念的A股公司,如和帮生物、申达股份等已经在借助资本市场的平台，计划通过非公开发行股票募集资金投资碳纤维;恒神股份已经通过新三板市场完成了两次融资;吉林碳谷也于今年2月挂牌。目前，A股涉及碳纤维业务的上市公司有9家，包括中航高科、方大炭素、华讯方舟、上海石化等。同时，新三板挂牌企业有3家，包括恒神股份、吉林碳谷、浩源新材。
“国产碳纤维产业面向资本市场已经走出了第一步，虽然暂时还没有以碳纤维为主营业务的A股上市公司，但是以碳纤维作为延伸业务的上市公司已经有多家，初步形成了碳纤维概念股。”王颖超介绍。
王颖超同时指出：“我们应该学习借鉴日本东丽、美国赫氏和德国SGL这些全球碳纤维领军企业的产业发展经验，并鼓励碳纤维生产企业与下游行业，如知名汽车、航空等企业建立包括资本或战略层面的深度利益捆绑合作模式。我们也建议国家有关部门开展以完善碳纤维产业化技术、提高工艺技术成熟度为目标的新一轮产业扶持，促进国产碳纤维从‘有’到‘强’。同时出台相关政策，鼓励碳纤维企业更多地走向资本市场，借助资本的力量整合碳纤维产业。只要我们团结一心，国产碳纤维定会突破瓶颈，迎来属于它的诗和远方!”目前全球几乎所有汽车企业都在开展碳纤维汽车研发。
