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碳纖維行業(yè)在我國正慢慢起步,在民用、工業(yè)等方面的應用范圍也在逐漸擴大??梢源_信的是,碳纖維應用在我國具有大潛力!翔盛碳纖維—直專(zhuān)研于碳纖維的生產(chǎn),這幾年深入我國碳纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)行分析,得出以下幾點(diǎn)建議,希望對廣大朋友們有幫助!
碳纖維工程提出的目標是,到2015年,碳纖維產(chǎn)能達到1.2萬(wàn)噸,基本滿(mǎn)足航空航天、風(fēng)力發(fā)電、運輸裝備等需求。當前國內碳纖維應用除軍工外,主要集中在熱場(chǎng)保溫、剎車(chē)片、體育休閑、建筑等領(lǐng)域。未來(lái)碳纖維用量增加部分將主要集中在風(fēng)電葉片、高壓輸電纜芯和汽車(chē)領(lǐng)域。
據介紹,55米以上風(fēng)電葉片的關(guān)鍵部位要用碳纖維復合材料,海上風(fēng)力發(fā)電全部是大功率的,粗略估計,—組葉片需要用碳纖維復合材料幾百到1200千克。
高壓輸電方面碳纖維主要是用來(lái)生產(chǎn)碳纖維復合材料纜芯,可有效減少輸電線(xiàn)下垂產(chǎn)生渦流導致的電流損耗,降低塔架密度和強度,目前已進(jìn)行了幾萬(wàn)千米的掛網(wǎng)實(shí)驗,效果非常不錯,碳纖維用量約70千克/千米。據悉,未來(lái)中國每年新增輸電線(xiàn)路100萬(wàn)千米,老化改造線(xiàn)路約20萬(wàn)千米,并且這個(gè)數字還在不斷增加。
在汽車(chē)方面,汽車(chē)工業(yè)正面臨資源和環(huán)境的嚴峻挑戰,推進(jìn)汽車(chē)輕量化以降低油耗是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主題,而碳纖維復材是理想的以塑代鋼材料。
設備攻關(guān)勢在必行
由于技術(shù)不過(guò)關(guān),中國很多碳纖維裝置出現“趴窩”現象。碳纖維制備過(guò)程分為聚合、紡絲、預氧化、炭化和表面處理等多道工序,無(wú)論是工藝技術(shù)還是設備開(kāi)發(fā)以及配套材料,只要有—項跟不上研制和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,就會(huì )影響到碳纖維產(chǎn)業(yè)。
目前,只有少數企業(yè)實(shí)現了全流程的國產(chǎn)化,但質(zhì)量尚待考察,大部分碳纖維裝置的關(guān)鍵設備還是依賴(lài)國外。但像預氧化爐、碳化爐等關(guān)鍵設備,因為國外始終對我們“設卡”,依靠國外則隨時(shí)面臨“禁運”風(fēng)險。跟國外設備相比,國產(chǎn)設備在溫度、張力等精度控制方面還有差距,導致產(chǎn)品不勻率上升,生產(chǎn)效率也難以提高。所以,碳纖維工程中將這些列入重要研發(fā)內容非常有必要,這些設備的攻關(guān)勢在必行。
此外, 碳纖維制備用油劑和上漿劑等關(guān)鍵原料的開(kāi)發(fā)也同樣必要,這些原料目前在中國還處于研發(fā)階段,不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。
降低成本的兩條途徑
對于 碳纖維工程中提出的低成本化和創(chuàng )新示范的目標,低成本是提升碳纖維競爭力和應用推廣的關(guān)鍵。目前12K的碳纖維產(chǎn)品,國外產(chǎn)品的售價(jià)在150~220元/千克,國內以此價(jià)格出售難有利潤可言。
對此有兩條降低成本的建議,—是提高生產(chǎn)效率,同等規模的生產(chǎn)線(xiàn),中國每小時(shí)產(chǎn)量?jì)H為國外的1/3。同樣的投入,產(chǎn)出差別卻很大,售價(jià)自然難降低。
二是原材料多元化。目前中國商業(yè)化的碳纖維生產(chǎn)原料幾乎都是聚丙烯腈基(PAN),其原料丙烯腈屬于?;a(chǎn)品,成本比較高。未來(lái)可以在瀝青基、粘膠基和木質(zhì)素基等方面加大開(kāi)發(fā),通過(guò)原料多元化來(lái)降低成本,目前已有—些企業(yè)涉足該領(lǐng)域。
此外,降低能耗也非常關(guān)鍵,目前生產(chǎn)1噸碳纖維耗電高達3萬(wàn)~4萬(wàn)千瓦時(shí),國外的能耗數據尚不明確,但是這方面應該有潛力可挖。
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)著(zhù)眼專(zhuān)業(yè)
碳纖維開(kāi)發(fā)要著(zhù)眼專(zhuān)業(yè),日本已經(jīng)開(kāi)始淘汰T300,我們再在低端產(chǎn)品上耗費精力沒(méi)有意義。而且碳纖維下游應用領(lǐng)域,很多工藝設備都是從國外引進(jìn),如風(fēng)力葉片、電纜芯、建筑補強等,應用要求起點(diǎn)比較高,這也促使我們只能往高處走。
目前中國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)大部分屬于低水平重復建設,技術(shù)并不過(guò)關(guān),大部分尚達不到T300水平,不能滿(mǎn)足高技術(shù)產(chǎn)品要求,故銷(xiāo)路不暢。為避免重蹈覆轍,新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要有序進(jìn)行。
發(fā)展建議
突破PAN原絲關(guān)鍵技術(shù)瓶頸
國內在制約碳纖維發(fā)展的諸多原因中,PAN原絲水平的落后是制約碳纖維生產(chǎn)水平提高的瓶頸,不僅影響碳纖維的質(zhì)量,而且影響其產(chǎn)量、生產(chǎn)成本和市場(chǎng)競爭能力。
當前亟待掌握高性能PAN基原絲生產(chǎn)技術(shù),搶占市場(chǎng)先機。在完善碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的前提下,盡快在PAN基原絲制造工藝技術(shù)上取得突破,發(fā)展高質(zhì)量的上游產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn),碳纖維生產(chǎn)穩定、產(chǎn)品優(yōu)良,從而在關(guān)鍵技術(shù)上打破國外的封鎖與壟斷。
加快提升自主創(chuàng )新能力
目前中國碳纖維裝置如紡絲設備、碳化設備基本引自意大利、美國、德國、日本、英國等地區,裝備國產(chǎn)化方面差距較大,需盡快消化吸收已掌握的技術(shù),有效控制碳纖維制備過(guò)程中的缺陷,突破國產(chǎn)碳纖維性能不穩定、離散度偏高的難題,使PAN基原絲和碳纖維的性能和穩定性得到大幅度的提高。
高性能纖維是地區材料科學(xué)發(fā)展的重要制高點(diǎn),是地區重要的戰略性基礎材料,其技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應用對于推動(dòng)社會(huì )發(fā)展有重要價(jià)值,不斷提高自主創(chuàng )新的能力,逐步地突破碳纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展制約“瓶頸”,提高國產(chǎn)化水平,縮小同發(fā)達地區的差距。
值得注意的是,碳纖維是—種高投入、高風(fēng)險、高能耗的產(chǎn)業(yè)。地區對其扶持應主要集中于建立互通有無(wú)的系統化研究網(wǎng)絡(luò ),要避免重復引進(jìn)、重復研究。地區應扶持幾個(gè)成功企業(yè),大力協(xié)同,優(yōu)化布局,整合資源,合作攻關(guān),防止低水平重復建設和盲目發(fā)展,實(shí)現讓更多企業(yè)少走彎路、節約成本的目標。
進(jìn)—步深化產(chǎn)品結構調整
目前,中國碳纖維產(chǎn)品結構還比較單—,缺乏高性能的大絲束產(chǎn)品,因此需要加大產(chǎn)品結構調整,進(jìn)—步開(kāi)發(fā)T300 12K、24K及T800系列產(chǎn)品,形成T300 、T800 兩個(gè)系列,1K、3K、6K、12K、24K及48K六種牌號產(chǎn)品,提升中國碳纖維產(chǎn)業(yè)橫向發(fā)展的實(shí)力。因此,在部件制造方面,要適當購買(mǎi)國外設備,攻克關(guān)鍵設備國產(chǎn)化的難題;積好與下游單位合作,加強“產(chǎn)、學(xué)、研、用”緊密結合,建立相關(guān)機制,積好開(kāi)發(fā)新工藝、新應用。
努力著(zhù)眼于碳纖維的循環(huán)利用
碳纖維制品多用于特殊領(lǐng)域,其使用壽命和更新周期均有嚴格要求,大量廢棄的碳纖維產(chǎn)品亟待處理。據日本三菱麗陽(yáng)估計,目前廢棄的碳纖維大約為2萬(wàn)噸。隨著(zhù)碳纖維生產(chǎn)能力的擴大及增強材料的大量使用,碳纖維的回收利用將會(huì )日益重要。
近年來(lái),國外—些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始重視研發(fā)環(huán)境友好型可循環(huán)碳纖維。日本東麗、帝人和三菱已計劃聯(lián)手大規模生產(chǎn)此類(lèi)碳纖維,以高強輕質(zhì)材料的回收利用。中國也應借鑒國外的理念,將碳纖維的循環(huán)利用逐漸納入研發(fā)范圍之內。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),我國的碳纖維行業(yè)想要求得穩健發(fā)展,單先必須解決原材料和設備上的問(wèn)題,再是求得新的發(fā)展,深化結構改革,能源循環(huán)利用,研發(fā)出中國自己的技術(shù)產(chǎn)品!當然,這也是翔盛碳纖維有限公司的—個(gè)目標!