2024年9月13-14日，中國碳纖維及制品產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新發(fā)展論壇暨2024年中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會碳纖維分會年會在江蘇省常州市召開。
弱周期下探尋可持續(xù)發(fā)展路徑
碳纖維是國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略性新材料，是先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)體之一，也是化纖行業(yè)“新質(zhì)生產(chǎn)力”的典型代表。經(jīng)過多年發(fā)展，我國碳纖維行業(yè)取得了令人矚目的成就，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，更成為全球重要的碳纖維生產(chǎn)國和供應(yīng)國，且基本構(gòu)建了具有中國特色的碳纖維自主技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈配套的多元化發(fā)展，形成了聚丙烯腈基(PAN)、粘膠基、瀝青基三種類別，高強(qiáng)、高強(qiáng)中模、高模、高強(qiáng)高模四大系列產(chǎn)品體系;原絲形成了溶劑以DMSO為主、DMAc和NaSCN共同發(fā)展，紡絲工藝以濕法和干噴濕法并重的技術(shù)體系；同時(shí)，國產(chǎn)規(guī)�；商咨a(chǎn)裝備和關(guān)鍵零部件以及專用油劑、上漿劑和樹脂；評價(jià)表征方法等，產(chǎn)業(yè)鏈配套齊全。
“我國碳纖維整體技術(shù)水平已進(jìn)入全球先進(jìn)行列，涌現(xiàn)出了新創(chuàng)碳谷、中復(fù)神鷹、吉林化纖、威海光威、江蘇恒神、江蘇澳盛等重點(diǎn)生產(chǎn)及應(yīng)用企業(yè)。”中國工程院院士俞建勇在致辭時(shí)表示。
與國外相比，國產(chǎn)碳纖維仍存在一些差距，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、生產(chǎn)與加工應(yīng)用同步性以及關(guān)鍵裝備、原材料和配套材料等方面的薄弱環(huán)節(jié)，這主要?dú)w因于國產(chǎn)碳纖維生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)成熟度不足等。新形勢下，如何提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度、擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模成為未來發(fā)展的關(guān)鍵。
為此，俞建勇提出三點(diǎn)建議：一是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，從源頭上打通技術(shù)瓶頸，依靠高水平人才，推動理論研究與應(yīng)用研究的緊密結(jié)合；二是加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同，以應(yīng)用需求為牽引，推動碳纖維與多學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域協(xié)同研發(fā)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，提供高性價(jià)比的系統(tǒng)解決方案；三是加強(qiáng)主動創(chuàng)新，借鑒化纖行業(yè)技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，提升碳纖維生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)注重碳纖維及其復(fù)合材料的自主設(shè)計(jì)，提高原始創(chuàng)新能力，并順應(yīng)智能化發(fā)展大趨勢，加快應(yīng)用新一代信息技術(shù)，推動碳纖維行業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。
結(jié)合行業(yè)目前存在的階段性產(chǎn)能過剩、供需失衡等風(fēng)險(xiǎn)以及中國化纖協(xié)會發(fā)布的《中國化纖行業(yè)投資敏感度分析》中的相應(yīng)分析，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長端小平就碳纖維的現(xiàn)狀和未來分享了自己的觀點(diǎn)和思考：
一是高端制造業(yè)產(chǎn)能承壓已成為新常態(tài)，與光伏等行業(yè)類似，碳纖維也需警惕量增價(jià)減、盈利承壓的問題。行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于增品種、提品質(zhì)、創(chuàng)品牌，讓碳纖維助力更多下游領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，進(jìn)而逐步承接碳纖維產(chǎn)能的不斷釋放。
二是弱周期下，要在“抱團(tuán)取暖”的同時(shí)力爭“競爭出清”，一方面要解決關(guān)鍵裝備、原輔料的卡脖子問題，共同推動碳纖維的應(yīng)用拓展，提升產(chǎn)業(yè)鏈綜合競爭力；另一方面，要讓市場加速淘汰低效產(chǎn)能，使資源向更有效率、更優(yōu)質(zhì)的企業(yè)集中�！拔覀円貏e注意，作為單個企業(yè)來說，在短時(shí)間內(nèi)，過度過快增長產(chǎn)能的潛在風(fēng)險(xiǎn)是有可能錯過技術(shù)進(jìn)步。一步一個腳印發(fā)展才是硬道理。”
三是苦修內(nèi)功，找準(zhǔn)定位，堅(jiān)定信心。行業(yè)應(yīng)集中資源提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，突破關(guān)鍵技術(shù)和裝備國產(chǎn)化難題，進(jìn)一步完善纖維及制品的檢測評價(jià)方法，切實(shí)提升我國碳纖維的核心技術(shù)創(chuàng)新能力。“未來，碳纖維仍將是國家重點(diǎn)關(guān)注、持續(xù)支持的行業(yè)，但支持方向已經(jīng)從‘大水漫灌’向‘精準(zhǔn)扶持’轉(zhuǎn)變�！�
近年來，我國碳纖維行業(yè)的快速發(fā)展得益于國家有關(guān)部委特別是國家發(fā)展改革委給予的高度重視和全方位支持，如完善產(chǎn)業(yè)政策、調(diào)整產(chǎn)業(yè)目錄及實(shí)施相關(guān)專項(xiàng)等。國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)發(fā)展司副司長曹傳貞在致辭時(shí)提到，2023年，我國碳纖維產(chǎn)能接近14萬噸，同比增長21%，產(chǎn)量約7萬噸，同比增長53%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)居全球前列，且產(chǎn)品性能穩(wěn)步提升，國產(chǎn)碳纖維在高端領(lǐng)域得到逐步應(yīng)用。
對于行業(yè)在新時(shí)期面臨的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，曹傳貞表示，國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)司將結(jié)合國家戰(zhàn)略需求和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，持續(xù)推動我國碳纖維產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。具體可從三方面著力：一是提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力，針對薄弱環(huán)節(jié)持續(xù)推進(jìn)聯(lián)合攻關(guān)，深入打好碳纖維基礎(chǔ)的高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化攻堅(jiān)戰(zhàn)，推動提升我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平；二是加快培育碳纖維產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，支持龍頭企業(yè)發(fā)揮鏈長作用，帶動上下游企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展；三是統(tǒng)籌推進(jìn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，更好發(fā)揮市場、政府、行業(yè)協(xié)會各自的重要作用，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，避免過度投資和低水平重復(fù)建設(shè)，推動碳纖維行業(yè)規(guī)范、有序發(fā)展。
會上，舉行了中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會碳纖維分會的換屆儀式，新創(chuàng)碳谷集團(tuán)有限公司董事長談昆倫當(dāng)選為第五屆輪值會長。
應(yīng)用風(fēng)口要看準(zhǔn)并做好準(zhǔn)備
“用出去”是碳纖維產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的關(guān)鍵之一。隨著國防軍工、航空航天、軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車等行業(yè)的深入發(fā)展，對應(yīng)用材料體系提出了輕量化、低成本、高效率制備的市場需求，碳纖維復(fù)合材料是滿足這一要求的最佳解決途徑之一。
在多種新型高性能土木工程材料中，碳纖維復(fù)合材料因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、抗疲勞、低溫度變形和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，用于結(jié)構(gòu)加固技術(shù)已趨于成熟，應(yīng)用日益廣泛。中國工程院院士、北京科技大學(xué)城鎮(zhèn)化與城市安全研究院院長、長三角碳纖維創(chuàng)新中心主任岳清瑞介紹了碳纖維復(fù)合材料在土木工程領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。
面向綠色發(fā)展和“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略需求，使用高性能土木工程材料，對保障我國土木工程行業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。相比其他傳統(tǒng)建材，用碳纖維復(fù)材可以實(shí)現(xiàn)減量化，有效實(shí)現(xiàn)碳減排。在重大工程需求中，如建設(shè)“交通強(qiáng)國”“海洋強(qiáng)國”等，碳纖維復(fù)材能突破工程建造技術(shù)瓶頸，維護(hù)國家戰(zhàn)略安全和資源安全。例如，在2500米級以上的跨度橋梁中，碳纖維作斜拉索具有顯著優(yōu)勢，三亞體育場和常泰長江大橋等工程也采用了碳纖維復(fù)材結(jié)構(gòu)。
岳清瑞強(qiáng)調(diào)，土木工程的重大進(jìn)展基于材料的突破，以碳纖維復(fù)材為代表的纖維復(fù)材具有廣闊前景。目前，我國在碳纖維復(fù)材工程應(yīng)用領(lǐng)域已領(lǐng)先世界。未來，在超大跨度空間結(jié)構(gòu)、大科學(xué)裝置、地標(biāo)性建筑、海洋工程及復(fù)雜地下工程等領(lǐng)域，對碳纖維復(fù)材有大量的應(yīng)用需求。如果在這些領(lǐng)域的應(yīng)用難點(diǎn)能得到突破，碳纖維復(fù)材在工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂瓉肀l(fā)性增長。
當(dāng)前復(fù)合材料發(fā)展也存在一些技術(shù)瓶頸，如增強(qiáng)織物品種單一、高性能纖維成本高、復(fù)合材料加工效率低等，結(jié)合大絲束碳纖維“多軸向織造-復(fù)材成型-加工應(yīng)用”產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，東華大學(xué)教授、產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心主任陳南梁介紹了大絲束碳纖維多軸向經(jīng)編技術(shù)及其應(yīng)用情況。
多軸向織物由一層或多層平行伸直排列、具有不同取向角度的紗線層組成，通過線圈固定形成穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)機(jī)織物相比，多軸向經(jīng)編織物結(jié)合了針織和機(jī)織的技術(shù)特點(diǎn)，展現(xiàn)出更高的抗拉強(qiáng)力和彈性模量(分別提升20%)，懸垂性好，編織過程中對紗線損傷小，具有準(zhǔn)各向同性特點(diǎn)。此外，該織物能顯著改善復(fù)合材料的工藝性能，層間性能優(yōu)越，纖維含量高，樹脂用量減少，成本效益顯著。
在技術(shù)創(chuàng)新方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在碳纖/玻纖高速多軸向經(jīng)編機(jī)核心技術(shù)和裝備、碳纖/玻纖及混編多軸向織物/編織、碳纖維熱塑/熱固編織復(fù)合材料快速成型等方面取得突破，如研發(fā)了30個獨(dú)立控制系統(tǒng)的經(jīng)編裝備，進(jìn)行了了展纖、鋪緯、儲紗、監(jiān)測等全鏈創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了紗線精確鋪設(shè)等。這些創(chuàng)新技術(shù)不僅提高了生產(chǎn)效率，還賦予了產(chǎn)品輕量化、低成本、可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，滿足了特殊需求。
“與國內(nèi)外同類產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比，項(xiàng)目產(chǎn)品生產(chǎn)效率達(dá)到國際先進(jìn)水平，具有明顯價(jià)格優(yōu)勢，且已廣泛應(yīng)用于風(fēng)電葉片、新能源汽車等領(lǐng)域，并獲得了多家知名客戶的認(rèn)可。如用于中車380BL碳纖維復(fù)材結(jié)構(gòu)設(shè)備艙整體減重38%，在軌道交通大斷面復(fù)雜多腔體織物拉擠裙板、風(fēng)電T型梁等中應(yīng)用效果良好。”陳南梁說道。未來，大絲束碳纖維多軸向經(jīng)編增強(qiáng)織物在航空航天、風(fēng)電葉片、高鐵列車、新能源汽車等應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)拓展，將為相關(guān)行業(yè)帶來更多的機(jī)遇和發(fā)展空間。
碳纖維復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度與比模量、可設(shè)計(jì)性好、可整體成型、耐疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，已成為民用飛機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司復(fù)合材料中心復(fù)材工藝總師、副總工程師劉衛(wèi)平介紹了碳纖維復(fù)合材料在民用飛機(jī)上的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
“大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料已成為衡量新一代民機(jī)技術(shù)水平先進(jìn)性的重要標(biāo)志，是降低成本、提高性能和市場競爭力的重要因素之一，也是是研制與發(fā)展大型民用飛機(jī)的必由之路。”劉衛(wèi)平介紹，空客A350中復(fù)合材料的用量占比達(dá)到52%，波音B787復(fù)合材料的用量占比達(dá)到50%。碳纖維復(fù)合材料的占比，提升了飛機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在空客和波音兩大公司生產(chǎn)飛機(jī)所使用的碳纖維用量約為14000噸。國產(chǎn)大飛機(jī)C919的復(fù)合材料用量占比約為12%。部分國產(chǎn)供應(yīng)商承擔(dān)了C919大量的復(fù)合材料制件的制造，比如水平尾翼地板、蒙皮自動鋪帶、梁的熱隔膜預(yù)成型等，但是，所用的碳纖維以進(jìn)口為主。C929的復(fù)合材料的用量占比預(yù)計(jì)將到51%以上。
劉衛(wèi)平預(yù)計(jì)，未來20年，民用飛機(jī)還將大量使用碳纖維復(fù)合材料。研究數(shù)據(jù)證明，空氣動力學(xué)的改進(jìn)，比單純減重對燃油消耗產(chǎn)生的影響更大，下一代單通道飛機(jī)預(yù)計(jì)將會采用全復(fù)合材料機(jī)翼設(shè)計(jì)。
2023年的碳纖維市場壓力主要來自于產(chǎn)業(yè)鏈庫存周期和風(fēng)電體育航空航天兩三大市場的周期性調(diào)整，2024年光伏行業(yè)周期性下探至最低點(diǎn)，但體育、風(fēng)電、航空航天都呈現(xiàn)出新的增長空間，未來仍有亮點(diǎn)。產(chǎn)業(yè)趨勢來看，細(xì)分定位和高端產(chǎn)品的供需格局優(yōu)勢將越來越明顯，價(jià)格優(yōu)勢也會更加明顯，纖維企業(yè)更多發(fā)力制品技術(shù)的研發(fā)將成為銷售端必然的產(chǎn)業(yè)趨勢。國泰君安證券研究所副所長、建材行業(yè)首席分析師鮑雁辛分析了我國碳纖維市場去年以來的發(fā)展情況，以及未來發(fā)展趨勢。
對于2024年的市場行情，鮑雁辛指出，現(xiàn)階段碳纖維供需關(guān)系持續(xù)走弱。今年，T700/12K產(chǎn)品與T300/12K的價(jià)差明顯收窄，也就是說，T700級碳纖維正逐步成為大宗品。目前，碳纖維盈利壓力處于筑底期，雖然各廠家計(jì)劃的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模仍較大，但是預(yù)計(jì)新產(chǎn)能釋放節(jié)奏放緩。從應(yīng)用看，今年，體育、風(fēng)電、航空航天應(yīng)用市場呈現(xiàn)出新的增長空間，仍有亮點(diǎn)。比如，在體育休閑領(lǐng)域，隨著國內(nèi)碳纖維企業(yè)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)能擴(kuò)張，降本增效需求有望驅(qū)動下游加速碳纖維國產(chǎn)替代，國產(chǎn)碳纖維將在體育休閑領(lǐng)域占據(jù)更大的市場份額；在風(fēng)電領(lǐng)域，風(fēng)機(jī)大型化趨勢明顯，將助推國產(chǎn)碳纖維滲透率提升�？傮w來看，面對供需矛盾加劇，高端產(chǎn)品和精細(xì)降本是核心。未來，細(xì)分定位和高端產(chǎn)品的供需格局優(yōu)勢將越來越明顯，價(jià)格優(yōu)勢也會更加明顯，碳纖維企業(yè)加強(qiáng)下游制品技術(shù)研發(fā)將成為一種趨勢。
多方合力賦能產(chǎn)業(yè)更多解決方案
碳纖維作為低碳能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵材料，其生產(chǎn)過程的環(huán)境影響及在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用降碳效應(yīng)受到關(guān)注。東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副院長、國家紡織工業(yè)環(huán)境保護(hù)工程技術(shù)中心副主任李方分享了碳纖維生產(chǎn)過程碳排放研究情況，通過生命周期評價(jià)(LCA)，得出碳纖維生產(chǎn)的環(huán)境負(fù)擔(dān)主要集中在前體紡絲階段，對氣候變化、能源消耗、人體健康及土地生態(tài)系統(tǒng)的影響尤為顯著。
為降低其環(huán)境影響，李方提出了一些可持續(xù)生產(chǎn)策略，包括改變蒸汽產(chǎn)生方式、改進(jìn)生產(chǎn)流程提高轉(zhuǎn)化率、使用回收技術(shù)生產(chǎn)再生碳纖維以及改善能源結(jié)構(gòu)提高清潔能源利用比例等。
常州達(dá)姆斯檢測技術(shù)有限公司總經(jīng)理許經(jīng)緯介紹了風(fēng)電行業(yè)材料及部件測試解決方案，分享了針對風(fēng)電葉片的全面檢測架構(gòu)，該架構(gòu)從材料級別到全尺寸逐步驗(yàn)證，以確保材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有效性。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)副研究員蘇健暉介紹了碳纖維及復(fù)合材料合金焊接技術(shù)的最新進(jìn)展。他指出，國外熱塑性復(fù)合材料體系已成熟并在航空領(lǐng)域應(yīng)用，而我國則以熱固性復(fù)合材料為主，對熱塑性復(fù)合材料研究不足。因此，國內(nèi)熔融連接技術(shù)亟需自主研發(fā)和技術(shù)突破。
