摘要 寶馬公司4月份開始在日本銷售大量采用尖端材料的純電動汽車“i3”,宣傳口號是“碳纖維電動”。“i3”使用碳纖維取代了車體材料中過去最常用的鋼鐵。碳纖維以僅有鋼鐵1/4的重量,實現了...
寶馬公司4月份開始在日本銷售大量采用尖端材料的純電動汽車“i3”,宣傳口號是“碳纖維電動”。“i3”使用碳纖維取代了車體材料中過去最常用的鋼鐵。碳纖維以僅有鋼鐵1/4的重量,實現了足夠的強度和耐久性。對于充電一次駕駛距離較短的純電動車,輕量化是相當重要的課題,采用碳纖維的優勢十分明顯。
根據中國石油和化學工業聯合會編印的《“十三五”碳纖維發展前景及技術創新重點》,近年來碳纖維在民用航空、新能源汽車、風力葉片、高壓輸電線等相關制造領域迅速占領著市場份額,僅在風力葉片制造領域碳纖維使用量就占材料總使用量的65%。
雖然發展迅速,但我國碳纖維產業仍受到生產線、技術裝備等瓶頸制約。
激進的產能
2008年以來,全球碳纖維產業需求年增速在6%~8%。受大環境影響,我國碳纖維產業從無到有,發展較快。
截至2014年底,我國碳纖維設計總產能達1.96萬噸,建成6條產能達1000噸級、7條產能達500噸級的碳纖維生產線(含配套的原絲生產能力);擁有碳纖維生產企業40家,其中1000噸級以上生產規模的企業4家,500噸級生產規模的企業5家。
一個突出的特點是,除了中國石油吉化公司等個別國企,大多數碳纖維生產企業是民營性質,集中在東南沿海。
在技術層面,我國初步建立起國產碳纖維制備技術研發、工程實踐和產業建設等體系。目前,T300級碳纖維已實現1000噸級產業化,產品或可應用于航空領域;T700級碳纖維1000噸級生產線已建成并產出待檢測產品;T800級碳纖維生產線已建成。
但值得一提的是,2014年我國碳纖維實際產量并不高,市場缺口較大。2014年碳纖維產量達5年來最高值的2600噸,同期國內80%的碳纖維生產裝置閑置。
與此相反,2014年我國碳纖維需求量達1.5萬噸,其中體育及休閑領域需求量占60%,建筑和電力領域需求量分別占9%和8%。
一邊是市場的缺口,急需碳纖維,另一邊是80%的裝置閑置——這是我國碳纖維行業當前面臨的巨大矛盾。
工藝跟不上
“我國碳纖維產業存在生產工藝及產品品種單一、核心裝備制造能力不足、市場競爭激烈化等問題。”中國復合材料集團相關負責人陳虹說。
從生產角度看,目前“一步法—濕法”紡絲工藝是我國絕大部分碳纖維生產企業采用的工藝路線,導致產品低端化、同質化,企業之間無法實現差別化發展。加上我國企業大多規模較小且分散,導致低水平生產線重復建設且難以整合形成規模效應。
從產品角度看,一方面,高強中模纖維、高模石墨纖維等高端碳纖維產品在我國目前處于試驗階段,沒有成熟產品投入市場;另一方面,低端產品大量產出但性能不穩定,只能用于體育休閑用品和建筑加固施工領域,不能滿足航空航天等高端市場的需求,導致高端市場被進口產品占領。
從裝備角度看,碳纖維生產對裝備的要求較高,但我國企業大多缺乏核心裝備。國內碳纖維裝備研發起步晚,是導致企業自主研發能力弱、設備適應性較差的重要原因。當下一些企業自主設計的設備,甚至在加工精度等方面無法符合其自身制定的標準,導致大部分企業依賴進口設備,發展受制。比如,在制造環節,我國碳纖維裝備制造商目前尚不具備高溫蒸汽牽伸機、大型預氧化爐、寬口徑高溫炭化爐和卷繞機等重大關鍵設備的制造能力。
由于看好高速發展的航空航天、汽車制造等市場,全球碳纖維生產巨頭紛紛公布擴大產能的計劃。在亞太地區,日本東麗已形成1.2萬噸/年T700碳纖維、4500噸/年T800碳纖維產能,并計劃在2020年前將總產能擴大至5萬噸/年;在歐洲和北美,HEXCEL、三菱、Cytec和SGL等企業都在積極擴大產能。這些對我國企業也形成了壓力。
“十三五”轉型
“十三五”即將來臨,我國碳纖維行業進入轉型發展的關鍵時期。
根據歐美國經驗,在宏觀行業布局層面,我國應該扶持起3~5家碳纖維龍頭企業,建立有我國特色的碳纖維制備及應用產業園區,并在全國范圍科學布局以形成完善的碳纖維產業鏈和優勢互補的企業群體。
對企業來說,要努力實現原料高效利用及回收、建立健全與高端碳纖維匹配的油劑和上漿劑等配套材料體系,實現預氧化、炭化、紡絲等生產裝置長期穩定運行,推進高強高模等高端碳纖維生產線生產,最終實現國產碳纖維品種系列化、工藝多元化、產能規模化,推動產品性能及生產成本達到國際先進水平,力求高強、高強中模、高模和高模高強碳纖維主要產品滿足應用需求。
加強與下游產業鏈的銜接也很重要。我國相關部門及企業要促進國產碳纖維產品在交通運輸、能源、建筑等領域推廣應用,尤其要設法滿足國防領域武器裝備研制及生產的需要,還要在航空航天等高端領域大力推廣高品質且質量穩定的國產碳纖維。
要實現產業轉型升級,技術裝備是重要保障。企業要突破國產碳纖維在高端領域應用的制備關鍵技術、國產碳纖維低成本制備技術,實現制備工藝技術從跟蹤創新到原始創新的跨越,建立具有自主知識產權的碳纖維制備與應用技術體系。