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中國碳纖維發(fā)展亟待企業(yè)自立創(chuàng)新

發(fā)布時間: 2023年04月12日

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。被譽為材料界的“黑色黃金”，性能高端、產(chǎn)量稀疏，但卻用途廣泛，分外是在航天軍事等高端領(lǐng)域，碳纖維更發(fā)揮著不可替換的作用。因此，很多企業(yè)都在碳纖維材料的研發(fā)與生產(chǎn)上投入了大量精力。

　　如此緊張的材料，其生產(chǎn)和研發(fā)的難度不亞于攀登珠穆朗瑪峰。目前，碳纖維材料的市場基本被日本、美國等發(fā)達(dá)國家所壟斷。但我國的碳纖維行業(yè)若想獲得更長遠(yuǎn)的發(fā)展，也需吸取和借鑒其他國家的發(fā)展經(jīng)驗，進(jìn)而突破自身發(fā)展瓶頸，在碳纖維市場中分得更大的蛋糕。

國際風(fēng)云日美兩家獨大

　　20世紀(jì)中葉，發(fā)達(dá)國家投入大量人力和物力研究碳纖維，碳纖維復(fù)合材料最初因為其在結(jié)構(gòu)輕量化中無可替換的材料性能，首先在軍用航空航天領(lǐng)域得到了青睞；1959年，日本大阪工業(yè)技術(shù)試驗所的進(jìn)藤昭男首先發(fā)明了聚丙烯腈（PAN）基碳纖維，1964年，英國皇家航空研究所（RAE）的瓦特等人打通了生產(chǎn)高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的工藝流程，在纖維的熱穩(wěn)固化過程中施加了張力牽伸，以知足結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，使聚丙烯腈（PAN）基碳纖維成為主流產(chǎn)品，并于20世紀(jì)70年代開啟民用碳纖維商業(yè)化應(yīng)用；20世紀(jì)80年代至90年代，碳纖維在民用航空領(lǐng)域的引領(lǐng)下得以快速發(fā)展；進(jìn)入21世紀(jì)，碳纖維生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，隨著碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，碳纖維的市場需求急劇增長，碳纖維產(chǎn)業(yè)日趨成熟。

　　碳纖維很少直接應(yīng)用，大多是經(jīng)過深加工制成中心產(chǎn)物或復(fù)合材料使用，碳纖維復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)件或功能件現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在航空航天、工業(yè)和體育休閑用品三大領(lǐng)域。碳纖維以其質(zhì)輕、高強度、高模量、耐高低溫文耐腐蝕等特點最早應(yīng)用于航天及國防領(lǐng)域，如大型飛機、軍用飛機、無人機及導(dǎo)彈、火箭、人造衛(wèi)星和雷達(dá)罩等，且航空航天領(lǐng)域用碳纖維的性能等級相對而言是最高的。在工業(yè)領(lǐng)域，碳纖維廣泛應(yīng)用在汽車、電纜、風(fēng)能發(fā)電、壓力容器、海洋產(chǎn)業(yè)、電子器件、工業(yè)器材和土木建筑等；在體育休閑用品領(lǐng)域，高爾夫球桿和釣魚竿最早獲得應(yīng)用，近年來，自行車、網(wǎng)球拍、羽毛球拍等體育用品也越來越多地使用碳纖維材料。

　　從全球碳纖維市場的份額劃分看，國際碳纖維市場依然為日、美企業(yè)所壟斷。日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國，世界碳纖維技術(shù)重要掌握在日本公司手中，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量照舊數(shù)量上均處于世界領(lǐng)先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的“領(lǐng)頭羊”。

　　據(jù)相干數(shù)據(jù)表現(xiàn)，在小絲束碳纖維市場上，日本企業(yè)所占據(jù)的市場份額占到全球產(chǎn)能的49%；在大絲束碳纖維市場上，日本企業(yè)所擁有市場份額占到全球產(chǎn)能的52%，美國企業(yè)所擁有的市場份額占全球產(chǎn)能的24%，日美兩國合計擁有全球76%的大絲束碳纖維生產(chǎn)能力，處于顯明的主導(dǎo)地位。

　　目前全球碳纖維制造的主導(dǎo)者是日本和他們設(shè)立在歐美的工廠，其次是寄托歐美航空航天市場健康發(fā)展的美國HEXCEL和CYTEC公司，以及寄托壯大工業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)的德國SGL公司，隨著中國在碳纖維領(lǐng)域投入的賡續(xù)增大，中國碳纖維產(chǎn)量占世界份額也在賡續(xù)進(jìn)步。

中國碳纖維

　　國內(nèi)趨勢亟待自立創(chuàng)新

　　2016全球與中國市場碳纖維深度研究報告表現(xiàn)，目前國內(nèi)大小碳纖維生產(chǎn)企業(yè)近40家，2010至2014年期間，我國碳纖維產(chǎn)能從6445噸增至15000噸，產(chǎn)量從1500噸增至3700噸，發(fā)展取得了相稱的成績。

　　據(jù)統(tǒng)計，目前國內(nèi)碳纖維在航空航天、體育休閑和工業(yè)應(yīng)用三大領(lǐng)域的用量比例是4%、67%和29%。其中，體育休閑占絕大多數(shù)，而在民用航空、交通工具、新能源裝備、工程建設(shè)等方面的應(yīng)用雖然已經(jīng)開始起步，但應(yīng)用水平偏低。

　　目前國內(nèi)碳纖維市場中，國產(chǎn)碳纖維自給率只有20%左右，對外依存率達(dá)到80%。國外碳纖維企業(yè)通過技術(shù)及價格上風(fēng)打壓國內(nèi)碳纖維企業(yè)，使我國的碳纖維市場長期受制于歐美及日本等國家。

　　碳纖維復(fù)合材料的設(shè)計水平不足，配套的材料缺乏，相干的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)不健全，導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域窄。此外，樹脂、上漿劑等配套材料品種少、性能不足，復(fù)合材料用輔助質(zhì)料還不能完全實現(xiàn)自立供應(yīng)，部分品種還依靠進(jìn)口等，不僅制約了碳纖維復(fù)合材料在高端成品上的應(yīng)用，同時還緊張影響著國產(chǎn)碳纖維的市場應(yīng)用。

　　國外碳纖維龍頭企業(yè)使用的設(shè)備基本上都是根據(jù)自身技術(shù)特點進(jìn)行的自立設(shè)計，在專有設(shè)備的基礎(chǔ)上改動升級，形成了具有自立知識產(chǎn)權(quán)的專有碳纖維生產(chǎn)裝備；而國內(nèi)引進(jìn)的國外生產(chǎn)設(shè)備是非禁運通用型碳纖維生產(chǎn)裝備，且價格較高。雖然國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)中設(shè)計產(chǎn)能千噸級以上的有3~4家，但因為缺乏核心技術(shù)團(tuán)隊，大多數(shù)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)對進(jìn)口生產(chǎn)裝備的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)缺乏消化和吸取能力，生產(chǎn)線主動化程度和對自身碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的匹配性遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外偕行，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的穩(wěn)固性和過程控制的同等性較差，影響了碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)固性，且生產(chǎn)成本很高，造成設(shè)備閑置、經(jīng)營虧損，無法與國際先輩企業(yè)競爭。

不僅如此，目前我國大多數(shù)碳纖維企業(yè)產(chǎn)品處于低端領(lǐng)域，且行業(yè)集中度不高，有能力生產(chǎn)航空航天用的高端碳纖維企業(yè)屈指可數(shù)，大量企業(yè)集中于體育領(lǐng)域。更緊張的是，我國碳纖維的產(chǎn)業(yè)鏈必要進(jìn)一步完美。目前，國外已經(jīng)形成設(shè)計、制造、分析及驗證、應(yīng)用牽引體系化的碳纖維復(fù)合材料系統(tǒng)。如日本東麗和美國赫克塞爾都有預(yù)浸料、織物、短切纖維、夾層材料等中心成型物，同時，直接為客戶提供量身定制的復(fù)合材料解決方案和產(chǎn)品，方便了客戶的使用，也解決了碳纖維產(chǎn)品與樹脂匹配性題目。因為國內(nèi)大部分碳纖維復(fù)合材料企業(yè)技術(shù)尚不成熟，缺乏響應(yīng)的研發(fā)及工藝支撐，目前尚未能形成系統(tǒng)化、系列化的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展模式。

　雖然我國的碳纖維產(chǎn)業(yè)目前較世界先輩水平仍有差距，未能在市場上搶占先機。但隨著碳纖維市場需求的賡續(xù)擴大和國家經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)調(diào)整，只要相干企業(yè)捉住機遇，增強自立創(chuàng)新研發(fā)，信賴中國的碳纖維產(chǎn)業(yè)也將分得更大的蛋糕。

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