江苏碳纤维产业发展之路探讨

作者简介:任海玲ꎬ江苏省生产力促进中心副研究员ꎬ研究方向:科技管理ꎻ李旭红ꎬ江苏省生产力促进中心副研究员ꎬ研究方向:科技管理ꎻ徐琴平ꎬ江苏省生产力促进中心高级经济师ꎬ研究方向:科技管理ꎻ孙然ꎬ江苏省生产力促进中心助理研究员ꎬ研究方向:创新技术领导力ꎮ
江苏碳纤维产业发展之路探讨
任海玲㊀李旭红㊀徐琴平㊀孙㊀然
(江苏省生产力促进中心ꎬ南京210042)
摘㊀要:江苏是我国碳纤维及其复合材料发展的重要基地ꎬ在过去的十余年取得了显著进展ꎬ已到了产业变革的节点ꎮ分析了碳纤维产业发展的国内外形势和江苏碳纤维产业现状和存在问题ꎬ解读了国家新材料发展战略 需求牵引㊁战略导向  创新驱动㊁重点突破  产用结合㊁军民融合  市场主导㊁政府推动 对江苏碳纤维发展之路的指导意义ꎮ
关键词:碳纤维ꎻ江苏ꎻ发展
agps是什么意思
㊀㊀进入21世纪ꎬ碳纤维生产工艺技术已经成熟ꎬ未来随着碳纤维复合材料成型技术发展ꎬ下游应用领域不断开拓ꎬ尤其是航空㊁汽车㊁风电叶片领域的强劲增长及其带动作用ꎬ碳纤维产业发展前景广阔ꎮ碳纤维产业链大致可以分为生产碳纤维材料的上游和生产碳纤维应用部件产品的下游ꎬ以及中游碳纤维生产设备制造提供商ꎮ目前ꎬPAN基碳纤维因生产工艺较成熟成本较低ꎬ约占全球碳纤维总产量的90%以上ꎻ沥青基碳纤维是碳纤维的第二大品种ꎬ属于高模量碳纤维ꎬ产量约占全球的7%ꎻ粘胶基碳纤维受性价比等因素制约ꎬ产量只占全球
1%左右ꎮ
1㊀国际碳纤维产业发展形势
1.1㊀碳纤维产业的国际格局
世界碳纤维的生产主要集中在少数发达国家ꎬ日本是全世界最大的碳纤维生产国ꎬ日本东丽㊁东邦和三菱丽阳三家企业占据了全球丙烯腈基碳纤维50%以上的市场份额ꎮ目前ꎬ日本公司生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位ꎮ美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数国家之一ꎬ同时ꎬ也以全球1/3的消费量成为世界上最大的丙烯腈基碳纤维消费国ꎮ
聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是行业主流ꎬPAN基碳纤维产品主要分为大丝束(48K-480K)和小
丝束(1K-24K)ꎬ分别以美国和日本为代表ꎮ世界生产大丝束碳纤维的主要厂家是美国AKZ0㊁Zoltek和
ALDILA三大公司ꎬ其大丝束的生产能力之和占全球总量的75%ꎮ国际小丝束碳纤维生产主要被东丽㊁东邦和三菱所把持ꎬ三者合计拥有全球小丝束碳纤维名义产能的70%以上ꎮ此外ꎬ日本石墨纤维和三菱公司沥青基碳纤维生产能力约占世界总量的78%ꎮ
1.2㊀国际碳纤维行业发展特征[1]
碳纤维工艺技术发展较快ꎬ市场需求增长迅速ꎮ20世纪60年代ꎬ国外碳纤维企业开始研制生产ꎬ经长期发展ꎬ国际龙头企业制备工艺技术已相当成熟ꎬ高性能增强纤维形成系列ꎬ稳定生产ꎬ大量应用ꎮ
碳纤维产品的应用加速向新兴产业扩展ꎮ运用于军工和高端装备制造业的碳纤维ꎬ普遍采用以T800级中模高强碳纤维为增强材料ꎬ和高韧性树脂㊁高温树脂为基体的高性能复合材料ꎮ然而随着军工市场的饱和ꎬ民用市场的扩展空间巨大ꎮ开发新能源车辆㊁电力电缆㊁压力容器㊁风电叶片㊁体育休闲产品等碳纤维复合材料的新市场成为目前全球领先企业必要的研发方向ꎮ
碳纤维销售市场长期存在寡头垄断局面ꎮ全球范围内碳纤维规模化生产的巨头主要集中在日本㊁美国㊁欧洲等少数发达国家ꎬ其中日本的东丽㊁东邦人造丝㊁三菱丽阳三大集团ꎬ就垄断了全世界78%的产量ꎬ碳纤维的销售市场极度不平衡ꎮ
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科技与经济㊀2019年2月㊀第1期㊀第32卷/总第187期
2㊀国内碳纤维发展形势
我国碳纤维工业的起步追溯到1962年ꎬ总体与日本碳纤维的研发同步进行ꎻ2005年ꎬ我国碳纤维行业仅有10家企业ꎬ产能之和占全球总产能的1%ꎻ2008年ꎬ以国有企业为主的大量工业企业涌入碳纤维行业ꎬ但生产线运行及产品质量极不稳定ꎬ
有产能ꎬ无产量 [2]ꎻ2010年ꎬ国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右ꎬ碳纤维需求严重依赖进口[3]ꎮ
双碱法烟气脱硫近年来在国家相关部委的推动下ꎬ我国碳纤维产业进入前所未有新的发展阶段ꎮ在初步建立完整的碳纤
维研发链条下ꎬ碳纤维工程化研发出现了加速发展的势头ꎬ初步形成了以江苏㊁山东和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地ꎬ培育了威海拓展㊁中复神鹰和江苏恒神等碳纤维生产骨干企业和一批碳纤维复合材料及制品企业[4]ꎮ2010 2016年期间ꎬ我国碳纤维产能从6445吨增至23810吨ꎬ增长了近4倍ꎬ目前我国生产的碳纤维全部为小丝束ꎬ其中12K占比超过90%ꎮ
2016年ꎬ我国碳纤维总需求量为19563吨ꎬ以
东丽为代表的日资企业提供了各类碳纤维产品共
6027吨ꎬ占据中国市场31%的份额ꎬ主要是航空航天级碳纤维ꎮ美国ZOLTEK向中国销售了总计
1734吨碳纤维及产品ꎬ占到总需求的9%ꎬ基本囊括了风电分市场ꎻ在汽车领域㊁混配模成型领域ꎬ东丽的工业用碳纤维也有巨大的市场份额ꎮ另外国内企业贡献3600吨ꎬ占总需求的18%ꎮ
3㊀江苏碳纤维产业发展现状
江苏作为我国碳纤维及其复合材料发展的重要基地ꎬ在过去的十余年取得了显著进展ꎮ江苏碳纤维企业在高强碳纤维产业化技术上形成了自己的特ꎬ先后攻克了T300㊁T700㊁T800㊁T1000等关键 卡脖子 核心技术ꎬ打通了从原丝㊁碳化㊁纤维到复合材料的全套生产工艺ꎬ湿法和干湿法
工艺都建设起千吨级的产业化生产能力ꎮ目前全省拥有中复神鹰㊁江苏恒神㊁中简科技等近10家骨干企业㊁约占全国1/4ꎬ产能超万吨㊁产量达3500吨ꎬ占全国的
51%ꎬ名义产能和实际产量均居全国兄弟省之首ꎮ江苏碳纤维下游应用领域也颇具特ꎬ涉及高性能碳纤维绳(绞线)㊁碳纤维拉索㊁碳纤维织物㊁碳纤维预浸料㊁飞机碳刹车预制体㊁碳纤维仿形预制体㊁碳纤维整体毡㊁碳纤维布㊁以及新型碳/碳㊁碳/碳化硅复合材料增强预制体等ꎬ若干技术与产品在国内同行业中具有明显优势ꎮT300㊁T700㊁T800级碳纤维的部分规格产品进入航天航空领域ꎬ其中江苏碳纤维工程中心和江苏恒神的T300级碳纤维实现型号应用ꎬ中简科技的T700基碳纤维进入型号工程应用验证ꎬ江苏恒神的T800基碳纤维经科工局考评进入全国前三ꎬ在国内具有较高的显示度ꎮ江苏省已初步形成了包括碳纤维制备㊁中间制品生产㊁复合材料成型开发的产业链结构ꎮ
总结对比江苏主要碳纤维企业的发展思路ꎬ中复神鹰走的是市场自由竞争下高性能㊁特小丝束之路ꎬ装备的国产化程度高ꎬ有成本优势ꎻ江苏恒神走的是深入应用的全产业链建设思路ꎬ在轨道交通的应用研发上取得重大进展[5]ꎻ中简科技是以航空航天为核心效益资产ꎬ并努力向工业领域进发ꎮ
4㊀江苏碳纤维产业主要存在问题
江苏碳纤维与中国碳纤维产业比肩而行十余年ꎬ与国内整体状况一样ꎬ也存在制约进一步发展的困境问题ꎬ已经到了产业变革的节点ꎮ与国际碳纤维骨干企业相比ꎬ江苏企业存在以下主要差距ꎮ4.1㊀产业
规模化程度小
霍桑实验
日本㊁美国等碳纤维骨干企业的碳纤维产能均在
8000吨/年以上ꎬ年实际产量均在5000吨/年以上ꎬ特别是日本东丽公司其产能已超过了20000吨/年ꎮ我省现阶段有中复神鹰和江苏恒神建设了单线名义千吨级的生产能力[6]ꎬ但行业总体产业化规模小ꎬ企业技术与产品的集成度低ꎬ企业规模效益尚未凸显ꎮ
2016年国内碳纤维近80%依赖于国外进口ꎬ进口替代需求迫切ꎮ2017年是中国碳纤维具有转折意义的一年ꎬ市场增长带来产销两旺ꎬ国产纤维销量对比2016的3600吨ꎬ达到了历史高峰7400吨ꎮ生产线的满负荷生产会极大地提升品质的稳定性ꎬ有望在2020年摆脱理论产能远远大于实际销售的尴尬境地ꎮ4.2㊀碳纤维制备技术与产业链建设欠缺
江苏尽管已能生产T300㊁T700㊁T800㊁T1000水平的碳纤维ꎬ但与发达国家相比ꎬ在产品的稳定均匀性㊁可靠性和经济性上仍有不小的差距ꎬ高端产品的产业化技术仍为空白ꎮ日本东丽公司和美国赫氏公司除了碳纤维制备外ꎬ都有碳纤维预浸料㊁织物㊁短纤㊁夹层材料等中间成型物ꎬ直接为用户提供了复合材料解决方案ꎬ解决了纤维产品与客户不匹配的问题ꎬ方便客户使用ꎮ而我省能直接提供复
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Science&TechnologyandEconomy2019Vo1.32No.1㊀
合材料解决方案的碳纤维企业寥寥无几ꎮ4.3㊀碳纤维应用市场的培育能力弱
日本东丽公司成功开发了大型民航客机用
T800S碳纤维㊁专用于风力叶片的T620-24K碳纤维ꎻ德国SGL和宝马公司合作开发汽车用碳纤维ꎻ其他企业也各自发展出应用市场的培育能力ꎮ相比而言我国没有成熟的国产碳纤维应用市场ꎬ国产碳纤维的发展面临着应用市场的培育与开发ꎮ当前碳纤维复合材料的主要应用ꎬ均是国际企业率先开发ꎬ国内企业跟进ꎻ或者是国际龙头企业ꎬ带着国内碳纤维产业一起开发应用ꎬ如同风电行业和体育器材行业ꎬ没有核心技术ꎬ很容易落入代工的尴尬境地[4]ꎮ目前ꎬ国内市场的碳纤维应用偏低端ꎬ体育产业的占比达到50%ꎮ而售价最高的航天复合材料ꎬ在国内的占比仅
香港历史为2%ꎬ也导致国产产品仍然集中在低模量区间ꎬ高端产品仍然几乎完全依赖进口ꎮ我省在碳纤维产品多方位的应用服务缺失ꎬ使得碳纤维应用出口不畅ꎬ碳纤维规格品种设计难以形成突破ꎮ4.4㊀碳纤维制备工艺技术同质化现象严重
日本碳纤维骨干企业只有东丽㊁三菱㊁东邦3家ꎬ他们有各自的工艺技术定位ꎬ技术差别化特明显ꎮ而我们多数企业采用的是同一类工艺技术ꎬ碳纤维制备工艺及产业化建设的同质化现象较为突出ꎬ为产业发展带来隐患ꎮ
在关键技术研究与人才培养方面ꎬ我省缺少碳纤维领域的国家级工程技术研究中心㊁重点实验室或工程实验室ꎬ大专院校没有与碳纤维制备与应用科学技术相关的培养力量ꎮ
总体而言ꎬ江苏省碳纤维产业依然存在产能释放率低㊁生产成本高㊁高端产品缺乏㊁碳纤维制备与应用脱节㊁复合材料航天航空等高端应用严重偏少㊁低附加值领域应用较多的问题ꎮ
5㊀国家战略对江苏碳纤维产业发展的指导意义
㊀㊀国家新材料发展产业领导小组2017年出台四条基本指导原则: 需求牵引㊁战略导向 ꎬ 创新驱动㊁重点突破 ꎬ 产用结合㊁军民融合 ꎬ 市场主导㊁政府推动 ꎮ在江苏省碳纤维产业发展过程中ꎬ市场需求㊁政府政策㊁技术创新㊁资源优势等各动力相互耦合㊁共同作用ꎮ根据碳纤维产业发展的国内外形势ꎬ尝试解读国家新材料发展战略对江苏碳纤维产业发展之路的指导意义ꎮ
5.1㊀需求牵引㊁战略导向
碳纤维复合材料是典型的复杂技术产业ꎬ复杂技术产业的核心竞争力为创新与系统化技术ꎬ关键环节是 学术㊁技术㊁工程和商业化应用 体系的建设ꎬ这其中ꎬ应用的开发与创造是所有工作围绕的中心ꎮ有两个案例:国产碳纤维在航天领域的应用ꎬ由于西方技术封锁ꎬ只能自力更生ꎬ以需求为牵引ꎬ不仅催生了中国碳纤维复合材料产业的诞生ꎬ同时也培育了具有国际竞争力的企业ꎮ另一个例子是抽油杆ꎬ高强㊁质轻㊁耐腐㊁抗磨的碳纤维抽油杆在发达国家尚停留在理论概念阶段ꎬ未实现商业应用ꎬ中石化组织了产学研用的深度合作ꎬ从纤维㊁抽油杆成型工艺㊁作业方式ꎬ推广到油井试用ꎬ最终将碳纤维复合材料抽油杆变成了油田的实际效益[5]ꎬ应用效果相当显著ꎮ在大胆开发新应用方面ꎬ我们既要认真学习发达国家已有的经验教训ꎬ
也要有敢闯敢试的勇气ꎮ企业应针对自己的优势资源ꎬ从市场需求出发ꎬ通过技术创新提高产品性能ꎬ增强产品差别化ꎬ增大产品竞争力ꎮ我省碳纤维企业在航空航天㊁风电叶片㊁汽车及压力容器等国际市场的主要需求方面均有基础ꎬ但创新能力不足ꎬ需要强有力的 战略导向 去引导与培育市场ꎬ让市场需求结构与国际市场接轨ꎮ
5.2㊀创新驱动㊁重点突破碳纤维市场的发展ꎬ已经明显分出两个不同特性的市场及价值链:以航空航天需求为驱动的高性能碳纤维ꎬ以及以汽车风电等工业需求的低成本碳纤维ꎮ因此ꎬ目前碳纤维产业
的突破方向:一是根据军工等特定应用要求ꎬ研发超高性能碳纤维ꎻ二是革新碳纤维制备技术ꎬ以适应工业应用的低成本的要求ꎮ在发展高性能碳纤维方面ꎬ要根据我国航空航天领域的具体应用要求ꎬ从科学原理出发ꎬ既要借鉴国际先进的技术ꎬ又要敢于质疑国际权威ꎬ去开创与探索我们的创新发展之路ꎮ对于低成本工业级碳纤维ꎬ从原丝方面ꎬ腈纶工业的强大潜力还待有效挖掘ꎬ原丝新技术与腈纶的嫁接技术还待有效开展ꎬ从丙烯(石化VS生物基)到聚丙烯腈的价值链还待有效整合ꎬ这些均可以较大幅度降低原丝成本ꎮ从碳化方面ꎬ今天的碳化工艺与装备是为航空航天级别碳纤维而发明的ꎬ是典型的 慢火煲汤 的高能耗㊁高投资的设施ꎬ工业级碳纤维应该有更节能与更低投资的技术ꎮ建议设定低成本碳纤维的技术路线图ꎬ发展战略增加技术创新方向指引ꎮ
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5.3㊀产用结合㊁军民融合
今天碳纤维的绝大部分 产 的成本高于 用 ꎬ如何去发展低成本技术ꎬ产用结合?在碳纤维这一具有战略影响的新兴领域ꎬ面对西方的技术封锁㊁市场打压㊁装备限制等种种不利条件ꎬ必须站在战略高度ꎬ加强产㊁学㊁研㊁用的深度合作ꎬ推动碳纤维行业的深度整合ꎬ坚持自主创新研发之路ꎮ碳纤维产业的创新能力建设要面向全球㊁提供工业解决方案ꎻ所有的设施与装置要按照工业化研究的需要来建设[7]ꎻ与国内外专家合作研究ꎬ提供硬软件和经费支持ꎬ建立成果转让共享机制ꎻ打通产业链ꎬ包括纤维㊁树脂㊁复合材料及重点应用联合创新ꎮ建议落实几项影响碳纤维及其应用领域发展的一些行业性基础工程建设ꎬ引导江苏碳纤维行业逐步形成以2~3家具有核心竞争力企业为支撑的市场格局ꎬ以及 既竞争㊁又合作 的国产碳纤维创新发展新模式ꎮ碳纤维及其复合材料具有明显的军民两用特征ꎬ是构建和发展国家战略性新材料产业的中坚力量ꎬ也是带动和促进传统产业改造升级的技术基础ꎮ中国碳纤维要走军民融合的道路ꎬ 军 重点在高性能ꎬ 民 重点在低成本ꎮ国际碳纤维行业的低成本已经形成潮流ꎬ各类低成本技术创新风起云涌ꎬ低成本并非意味 低性能与低品质 ꎬ当 高性能㊁高品质㊁低成本 的纤维在市场大量存在时ꎬ军民融合就会水到渠成ꎮ
5.4㊀市场主导㊁政府推动
中国碳纤维的需求市场结构主要表现在汽车㊁风电等工业领域ꎬ而新能源汽车㊁大直径风电本身也是国家鼓励发展的战略新兴产业ꎮ依靠材料创
新是这些产业的重大创新举措ꎬ应用产业的进步反之也会带动材料产业的兴旺ꎮ新材料从来都是在批量应用的牵引下ꎬ不断完成质优价廉的过程ꎬ这个启动需要政府的手来推动ꎮ对碳纤维复材的应用采用激励机制ꎬ一是激励现有应用领域对国产碳纤维的使用ꎬ二是激励对碳纤维在新应用领域的开拓ꎻ对新技术新装备采用激励机制ꎬ鼓励企业大胆采用新技术㊁新装备建设工业示范工程ꎬ形成技术驱动的竞争优势ꎮ同时ꎬ积极推动鼓励企业兼并重组ꎮ碳纤维产业链各个环节技术都相对复杂ꎬ难于做精ꎮ支持我省有条件的企业立足全省㊁放眼全国和全球ꎬ深刻了解国际上碳纤维复合材料产业链中有技术及商业价值的公司ꎬ抓住机遇通过合理并购ꎬ打造更完整的自主产业链ꎮ
参考文献
[1]㊀张素嵘.江苏省碳纤维产业发展动力因素分析及系统仿真研
究[D].南京:南京航空航天大学ꎬ2016.[2]㊀王学彩.国内碳纤维产业发展存在的问题与对策[J].化纤与纺织技术ꎬ2015ꎬ44(3):23 ̄27+45.[3]㊀何松华ꎬ赵碧华ꎬ刘永胜.纤维混凝土技术的研究新进展[J].商品混凝土ꎬ2009(3):49 ̄51+23.[4]㊀碳纤维在航空航天等高端市场需求迫切[J].玻璃钢/复合材料ꎬ2015(12):118 ̄119.[5]㊀林刚.2017全球碳纤维复合材料市场报告[J].纺织科学研究ꎬ2018(7):50 ̄71.[6]㊀中复神鹰百吨级T1000碳纤维生产线实现投产[J].中国建材ꎬ2018(3):49.
[7]㊀林刚ꎬ吕雪.2016全球碳纤维复合材料市场报告[J].纺织科
学研究ꎬ2017(7):42 ̄57.
OnDevelopmentPathofCarbonFiberIndustryofJiangsuProvince
RENHai ̄ling㊀LIXu ̄hong㊀XUQin ̄ping㊀SUNRan
(JiangsuProductivityCenterꎬNanjing210042ꎬChina)
Abstract:JiangsuisanimportantbaseforthedevelopmentofcarbonfiberanditscompositematerialsinChinaꎻinthepastten
yearsꎬithasachievedsignificantprogressandisnowfacingthenodeofindustrialtransformation.Thispaperanalyzesthedomesticandforeignsituationofcarbonfiberindustrydevelopmentꎬcurrentsitu
ationandexistingproblemsofcarbonfiberindustryinJiangsuꎻitalsoexplainstheguidingsignificanceofthenationalnewmaterialdevelopmentstrategyof takingdemandastractionandstrategyasguide ꎬ drivingbyinnovationwithkeybreakthroughs ꎬ industryandapplicationcombinationꎬmilitaryandcivilianintegration and
壹周立波秀2011
beingledbythemarketandpromotebythegovernment tothedevelopmentofcarbonfiberofJiangsuProvince.
Keywords:carbonfiberꎻJiangsuꎻdevelopment异丙基丙烯酰胺
(收稿日期:20181022)
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本文发布于:2024-09-24 04:20:34,感谢您对本站的认可!

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