全球高端碳纖維與中國(guó)的低端強(qiáng)化材料

魏道培

碳纖維是一代新型的強(qiáng)化纖維，屬于復(fù)合纖維材料，內(nèi)加樹脂、金屬、陶瓷，水泥和其他材料，既能形成一種新型的可用于航天、汽車、風(fēng)能，壓力容器、體育用具和娛樂設(shè)施。碳纖維屬于具有特殊功能的新型材料，其加工工藝和生產(chǎn)要求較高。

2015年，在全世界碳纖維工業(yè)產(chǎn)品中，基于吡啶基偶氮的碳纖維占碳纖維產(chǎn)量的90%以上。全球這類纖維生產(chǎn)總量為14.2萬噸，其中短纖維占70%。

全世界擁有大規(guī)模碳纖維生產(chǎn)能力的廠家主要在歐美日。2015年，全世界碳纖維五大廠商為：日本東京人造纖維織物公司、日本帝人公司、SGL公司、三菱人造絲公司及臺(tái)灣塑料公司，以上公司占全球生產(chǎn)總量的60%。其中，東京人造纖維織物公司年產(chǎn)量達(dá)4萬噸（含佐爾泰克公司年產(chǎn)量1.3萬噸），占世界產(chǎn)量的28%。

2015年，全世界碳纖維需求量達(dá)5.9萬噸，其中用于航空航天、汽車工業(yè)和體育醫(yī)療器材的占比分別為22%、62%和16%。然而，業(yè)內(nèi)所看到的卻是，近年來，碳纖維的需求量呈暴增態(tài)勢(shì)，尤其是汽車工業(yè)、風(fēng)能、壓力容器和其他市場(chǎng)。據(jù)行業(yè)媒體分析，到2022年，全世界72%的碳纖維將在各個(gè)行業(yè)普及應(yīng)用，其中23%用于汽車，21%用于風(fēng)能。就拿汽車工業(yè)來說，其材料越來越提倡輕質(zhì)強(qiáng)化，因此越來越多的復(fù)合材料將為汽車工業(yè)利用。諸如寶馬、奔馳、法拉利、通用、蘭博基尼、福特和其他汽車制造商已開始用碳纖維取代鋼材，寶馬和SGL公司開發(fā)的新型車身碳纖維材料越來越多，寶馬系列i3、i8甚至整個(gè)車身都采用碳纖維材料。2015年全世界碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)價(jià)值達(dá)15.8億美元，并且在今后幾年里，年增長(zhǎng)率將達(dá)30%。

中國(guó)碳纖維工業(yè)起步較晚，能夠大規(guī)模生產(chǎn)的范圍主要在強(qiáng)化型復(fù)合材料領(lǐng)域，但中國(guó)的碳纖維工業(yè)發(fā)展卻異常迅速。盡管目前生產(chǎn)規(guī)模較小，年產(chǎn)量較小，成熟的技術(shù)產(chǎn)能也僅限于T300型，但現(xiàn)在也已能生產(chǎn)T800型碳纖維。這主要是因?yàn)橹袊?guó)公司掌握的技術(shù)較落后，成本過高。伴隨近三年來國(guó)際碳纖維市場(chǎng)價(jià)格走低和生產(chǎn)效率低下，中國(guó)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)面臨經(jīng)營(yíng)困難的境地。2015年，中國(guó)碳纖維總產(chǎn)量為4000噸，且完全自給自足的不到20%。盡管如此，截至2016年2月15日，中國(guó)已突破日本封鎖，逐漸開發(fā)出高性能的碳纖維。

2015年，中國(guó)大陸境內(nèi)碳纖維制造商超過30家，未來5年內(nèi)，年增長(zhǎng)也不過15%。中國(guó)超過1000噸產(chǎn)能的企業(yè)屈指可數(shù)。中國(guó)中復(fù)神鷹碳纖維有限公司年產(chǎn)量為6300噸，屬于中國(guó)最大的碳纖維制造商。不過，從碳纖維到終端復(fù)合材料的完整生產(chǎn)鏈正在形成。

中國(guó)的碳纖維生產(chǎn)雖然仍處于方興未艾的發(fā)展初期，但需求量卻與日俱增。中國(guó)政府采取扶持的經(jīng)濟(jì)政策，鼓勵(lì)企業(yè)涉入碳纖維和復(fù)合材料開發(fā)。中國(guó)目前已開發(fā)出用于新能源汽車配件的碳纖維材料，并且涉足碳纖維復(fù)合材料研發(fā)的公司越來越多。

西方認(rèn)為，到2020年，中國(guó)與世界的碳纖維研發(fā)將同步發(fā)展，例如，在如何降耗增效、開發(fā)全球潛在市場(chǎng)的供需上，在預(yù)測(cè)未來的發(fā)展方向上，在應(yīng)用領(lǐng)域和競(jìng)爭(zhēng)模式等等方面，中國(guó)正在采取措施，跟上世界先進(jìn)國(guó)家的步伐。其實(shí)，中國(guó)更應(yīng)該像西方那樣，掌握最新技術(shù)，在碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，如航天、汽車、風(fēng)能、體育和休閑做出市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)，并跟隨世界最新發(fā)展趨勢(shì)。

碳纖維的生產(chǎn)屬于高能耗與高成本項(xiàng)目?？勺罱?，美國(guó)能源部國(guó)家橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出一種生產(chǎn)方式，可降低碳纖維生產(chǎn)成本50%，并且降低能耗60%。美國(guó)媒體認(rèn)為，這種新型的生產(chǎn)方式并不復(fù)雜，因此具有十分廣闊的前景。它可經(jīng)協(xié)商授權(quán)給任何一家企業(yè)。中國(guó)企業(yè)可直接與美方協(xié)商獲得相關(guān)技術(shù)。

碳纖維雖然屬于先進(jìn)的強(qiáng)化材料，但長(zhǎng)期以來，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)規(guī)模難以擴(kuò)大。為此，這家實(shí)驗(yàn)室早在十余年前就投下重金，開展研究低能耗高產(chǎn)出的技術(shù)，其核心成果是，把復(fù)雜的生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單化，節(jié)約能耗，降低成本，生產(chǎn)要求不高，而產(chǎn)品質(zhì)量卻適用于汽車材料、風(fēng)能設(shè)施、高壓氣儲(chǔ)和基礎(chǔ)設(shè)施的生產(chǎn)領(lǐng)域。

碳纖維是一種含有碳元素的初級(jí)聚酯粒子，通過控制系列熱加工和拉伸步驟過程，使其形成一種新型的具有特殊功效的材料。在商業(yè)領(lǐng)域，它被稱為聚丙烯腈或PAN。它是通過化學(xué)修正、改性和優(yōu)化，最大限度地強(qiáng)化終端產(chǎn)品的機(jī)械性能。這與丙烯酸纖維具有類似的化學(xué)性能，但后者與前者的用途截然不同，后者是用于紡織服裝和地毯領(lǐng)域的材料；而碳纖維材料則是用于航空航天和汽車領(lǐng)域的材料。其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。美國(guó)的這家實(shí)驗(yàn)室研究人員聲稱，紡織級(jí)的PAN是一種低成本的碳纖維，卻是高端碳纖維生產(chǎn)需要跨越的必經(jīng)之路。而中國(guó)大規(guī)模生產(chǎn)的碳纖維還停留在低端領(lǐng)域。要想跨越就必須走出車間，探索潛在的大規(guī)模生產(chǎn)途徑。

若要實(shí)現(xiàn)這一步，那么首先就是需要引進(jìn)高端碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)設(shè)施，創(chuàng)建高度自動(dòng)化和相當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模的碳纖維轉(zhuǎn)化工廠。不僅如此，碳纖維用途不同，那么其性能也就迥異。因此，要?jiǎng)?chuàng)建宏大的碳纖維工業(yè)，就需要與之配套的帶各種機(jī)械屬性的檢測(cè)儀器與設(shè)備。歐美日跨國(guó)供應(yīng)商都具備與之配套的檢測(cè)設(shè)備，并能提供產(chǎn)品最初加工產(chǎn)品原型。這就是中國(guó)人所說“兵馬未動(dòng)，糧草先行”的道理。

事實(shí)上，中國(guó)已有多家企業(yè)通過自主改裝設(shè)備、系統(tǒng)優(yōu)化工藝，攻克了高性能碳纖維生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。但這僅僅是鳳毛麟角。包括涉足該行業(yè)的研發(fā)企業(yè)、公司和國(guó)家管理部門仍要高度關(guān)注國(guó)際上最新推出的新技術(shù)、新產(chǎn)品，這樣才能最及時(shí)最充分地利用國(guó)外研發(fā)成果，讓中國(guó)的碳纖維工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

（據(jù)美國(guó)紡織創(chuàng)新網(wǎng)最新資料http：//www.innovationintextiles.com/industry-talk/cutting-carbon-fibre-costs-in-half/

http：//www.reportlinker.com/p03605799-summary/Global-and-China-Carbon-Fiber-and-CFRP-Industry-Report.html）