中化新網(wǎng)訊 提到碳纖維，人們能想到的是飛機(jī)、坦克、火箭……給人的是距離感和神秘感。然而，今年6月份，連云港神鷹碳纖維自行車(chē)有限責(zé)任公司對(duì)外展示的僅有6千克重的碳纖維自行車(chē)，仿佛瞬間縮短了碳纖維與大眾的距離。人們驚訝地發(fā)現(xiàn)，不知覺(jué)中，碳纖維已經(jīng)悄然步入了自己的日常生活。
于是，人們迫切地想知道，碳纖維材料究竟有何奇特之處？中國(guó)的碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在是什么樣子？
從軍工到民用—— 新興應(yīng)用領(lǐng)域崛起
比人的頭發(fā)絲還要細(xì)100倍的碳纖維，密度不到鋼的1/4，但剛度卻是鋼的4倍，抗拉強(qiáng)度則是鋼的7~9倍。碳纖維是目前世界上所有高性能纖維中比強(qiáng)度和比模量最高的纖維。它不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，還擁有讓其它材料望塵莫及的耐高溫能力。碳纖維是到目前為止在2000攝氏度高溫條件下，唯一能夠保持其強(qiáng)度的材料。由于兼具高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電和導(dǎo)熱等性能，同時(shí)還具備纖維的柔軟可加工性，碳纖維成為了當(dāng)之無(wú)愧的新一代增強(qiáng)纖維之王。
碳纖維發(fā)軔于軍工領(lǐng)域。在20世紀(jì)70年代，碳纖維開(kāi)始應(yīng)用于軍工。有著高盧雄鷹之稱的法國(guó)“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)、美國(guó)主戰(zhàn)坦克等率先采用了碳纖維復(fù)合材料。20世紀(jì)90年代后，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用開(kāi)始由軍工領(lǐng)域向民用領(lǐng)域滲透。到本世紀(jì)初，碳纖維的身影已經(jīng)隨處可見(jiàn)。
在能源領(lǐng)域，風(fēng)電廠、輸電網(wǎng)和采油田都能找到碳纖維的影子。全球風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量的增長(zhǎng)速度正在加快，而目前玻璃纖維材料的葉片已經(jīng)不能滿足尺寸上的需要，碳纖維是目前唯一能夠滿足大尺寸葉片要求的材料。此外，我國(guó)在寧夏、福建的局部地區(qū)已經(jīng)應(yīng)用了碳纖維電纜輸電，不但輸電能耗降低3%左右，而且減少了50%輸電鐵塔的使用，從而節(jié)省了大量的土地。碳纖維在油田深井采油方面的作用也越來(lái)越無(wú)可替代。“能深入2000米以下的采油桿就只有碳纖維可以做，別的材料根本做不了。”北京化工大學(xué)國(guó)家碳纖維工程技術(shù)研究中心徐樑華教授告訴CCIN記者。
在交通領(lǐng)域，碳纖維充當(dāng)了節(jié)能減排的先鋒。水、陸、空的各種交通工具都可以通過(guò)它來(lái)“減肥瘦身”，從而達(dá)到降低能耗的目標(biāo)。新型超大型客機(jī)——空中客車(chē)A380和夢(mèng)幻波音787，均大量使用碳纖維或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為其主要的結(jié)構(gòu)材料。以A380為例，其首架飛機(jī)每位乘客的百千米油耗不到3升，幾乎可以跟現(xiàn)在的小汽車(chē)媲美。而很多國(guó)家已經(jīng)瞄準(zhǔn)了碳纖維在汽車(chē)行業(yè)的巨大發(fā)展?jié)摿?。美?guó)從2002年開(kāi)始，由政府組織3個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、15所大學(xué)和50家材料供應(yīng)商聯(lián)合攻關(guān)，計(jì)劃花10年的時(shí)間開(kāi)發(fā)出節(jié)能環(huán)保型的新一代復(fù)合材料汽車(chē)，以保持其在世界的領(lǐng)先地位。在日本，日產(chǎn)汽車(chē)公司、本田汽車(chē)公司和東麗公司也在聯(lián)手開(kāi)發(fā)汽車(chē)車(chē)體用的新型碳纖維材料，目標(biāo)是在2015年前開(kāi)始量產(chǎn)。有業(yè)內(nèi)專家告訴CCIN記者，預(yù)計(jì)到2015年前后，碳纖維必將會(huì)普及應(yīng)用到各類汽車(chē)上。
在建筑領(lǐng)域，碳纖維因其高強(qiáng)度的性能成為橋梁加固和建筑物抗震補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。全國(guó)特種纖維信息中心主任羅益鋒告訴CCIN記者，日本阪神大地震之后，日本大量使用碳纖維為建筑物加固，取得了良好效果。“汶川地震后，我國(guó)用于汶川地區(qū)橋梁和建筑物加固的碳纖維達(dá)到200噸。”徐樑華介紹說(shuō)，我國(guó)擁有世界上最大的土木建筑市場(chǎng)，碳纖維作為加固材料的應(yīng)用將迎來(lái)良好的市場(chǎng)機(jī)遇。
據(jù)中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去5年全世界碳纖維需求平均每年以大約13%的速度飛速增長(zhǎng)。雖然2008年全球金融危機(jī)曾導(dǎo)致碳纖維需求一度下降，但是金融危機(jī)后碳纖維市場(chǎng)顯現(xiàn)出持續(xù)升溫的態(tài)勢(shì)。有專家預(yù)測(cè)，到2010年底，全世界碳纖維需求量可達(dá)到3萬(wàn)噸，到2012年將達(dá)6萬(wàn)噸，到2018年需求量將達(dá)到10萬(wàn)噸。
我國(guó)碳纖維市場(chǎng)同樣呈現(xiàn)需求旺盛的局面。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2001~2008年碳纖維消費(fèi)量年均增長(zhǎng)保持在21.7%左右。
國(guó)產(chǎn)貨還是老毛病 — — 質(zhì)量不穩(wěn)成本高
面對(duì)旺盛的市場(chǎng)需求，從2002年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)不惜砸下重金進(jìn)入碳纖維領(lǐng)域，掀起了一股碳纖維產(chǎn)業(yè)的建設(shè)熱潮。除吉林、山東、江蘇、山西、遼寧、安徽、北京、上海等傳統(tǒng)的碳纖維工程化研發(fā)基地外，現(xiàn)又逐步形成了河北、陜西等新興的碳纖維工程化研發(fā)基地。到目前為止，國(guó)內(nèi)有大小碳纖維企業(yè)20多家，合計(jì)產(chǎn)能約9000噸/年，約占世界總產(chǎn)能的14%。“目前的狀況是大型民營(yíng)企業(yè)和央企都在進(jìn)入該領(lǐng)域，中石油、中石化、中國(guó)化工、中國(guó)建材、中鋼集團(tuán)等大型央企已介入，而且都是幾十億大手筆的投資。”羅益鋒對(duì)CCIN記者說(shuō)，“到今年年底國(guó)內(nèi)千噸級(jí)的的碳纖維生產(chǎn)線將建成5家，到2011年底將建成13個(gè)，到2015年國(guó)內(nèi)大小碳纖維企業(yè)總計(jì)將達(dá)到近40家。”
作為我國(guó)著名碳纖維專家、多屆全國(guó)人大代表，羅益鋒對(duì)中國(guó)的碳纖維發(fā)展了如指掌。他向CCIN記者介紹說(shuō)，碳纖維的品級(jí)，通常以拉伸強(qiáng)度指標(biāo)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，T300抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到3.5GPa，T700則應(yīng)達(dá)到4.9GPa，標(biāo)號(hào)越高表示碳纖維性能越強(qiáng)。碳纖維長(zhǎng)期以來(lái)被各國(guó)視為戰(zhàn)略物資,發(fā)達(dá)國(guó)家一直對(duì)制造碳纖維的核心技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備嚴(yán)加封鎖和管制，技術(shù)無(wú)從引進(jìn)。我國(guó)的碳纖維技術(shù)完全是自主研發(fā)的。目前國(guó)內(nèi)T300級(jí)碳纖維產(chǎn)業(yè)化基本進(jìn)入成熟階段，百噸級(jí)和千噸級(jí)碳纖維生產(chǎn)線已投入生產(chǎn)。2009年國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)量達(dá)到1000噸以上。預(yù)計(jì)到2010年年底，國(guó)內(nèi)所有碳纖維企業(yè)的總產(chǎn)量可望達(dá)到1500噸。“但是國(guó)內(nèi)很多生產(chǎn)線運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量都不穩(wěn)定，很多企業(yè)難以生產(chǎn)出高質(zhì)量的碳纖維產(chǎn)品。高端碳纖維仍然是我們的軟肋。”羅益鋒遺憾地說(shuō)。徐樑華也表示，T700級(jí)碳纖維還只是在進(jìn)行中試放大，T800級(jí)碳纖維則在小試階段，都尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。所以，目前我國(guó)碳纖維基本上處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。2009年我國(guó)碳纖維進(jìn)口總量為7200噸左右，大大超過(guò)了自身產(chǎn)量。
高端碳纖維缺失，那低端又發(fā)展得如何？“現(xiàn)在我們很多企業(yè)是在靠虧損來(lái)競(jìng)爭(zhēng)。舉個(gè)例子，日本東麗公司的12K的T700碳纖維在中國(guó)的最低售價(jià)為160元/千克，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)某大型廠家生產(chǎn)T300的成本。”羅益鋒無(wú)奈地告訴CCIN記者。威海拓展纖維有限公司副總經(jīng)理馬全勝也表示，現(xiàn)在進(jìn)口碳纖維反而比自己造的更便宜，成本高企普遍困擾著國(guó)內(nèi)碳纖維企業(yè)。
導(dǎo)致我國(guó)碳纖維性能低成本高的主要原因，專家們一致認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有了，但是產(chǎn)業(yè)化技術(shù)不行。徐樑華教授告訴CCIN記者，通過(guò)多年的自主創(chuàng)新研究，我國(guó)的科研院所已經(jīng)掌握了T300級(jí)碳纖維的生產(chǎn)工藝技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室和中試規(guī)模的產(chǎn)品質(zhì)量很高，但是放到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模上就有問(wèn)題了，產(chǎn)不出高性能的產(chǎn)品。他表示，目前存在的問(wèn)題主要有兩方面，一是工藝和設(shè)備不配套。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)工藝技術(shù)都是來(lái)自科研院所，而生產(chǎn)設(shè)備大多是引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，這就需要企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行協(xié)調(diào)，不斷改進(jìn)，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的碳纖維。但恰恰很多企業(yè)自己并未真正掌握技術(shù)，生搬硬套，出了問(wèn)題也不清楚問(wèn)題究竟出在何處。二是企業(yè)不注重系統(tǒng)工程。碳纖維工藝體系十分復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣，每一個(gè)環(huán)節(jié)有問(wèn)題都不可能生產(chǎn)出高質(zhì)量的碳纖維產(chǎn)品。但是國(guó)內(nèi)企業(yè)缺乏系統(tǒng)協(xié)調(diào)，往往看重自己的優(yōu)勢(shì)環(huán)節(jié)，而忽略了工藝鏈中的短板。“沒(méi)有成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，生產(chǎn)效率就上不去，規(guī)模也上不去，成本自然就高了。”徐樑華對(duì)CCIN記者說(shuō)。
羅益鋒告訴CCIN記者，實(shí)驗(yàn)室的生產(chǎn)線只生產(chǎn)幾百千克或者幾噸，而工程上的生產(chǎn)線變成了生產(chǎn)幾百噸幾千噸，生產(chǎn)線放大以后很多細(xì)節(jié)問(wèn)題都變化了，不相應(yīng)地進(jìn)行技術(shù)調(diào)整就生產(chǎn)不出高質(zhì)量的碳纖維。“現(xiàn)在有的企業(yè)工程放大問(wèn)題還沒(méi)有解決，就上了千噸級(jí)的生產(chǎn)線，這是十分危險(xiǎn)的。”羅益鋒如是說(shuō)。
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日本東麗公司是全球領(lǐng)先的碳纖維生產(chǎn)商，其產(chǎn)品是不少國(guó)內(nèi)外客戶的首選。圖為日前在北京舉行的2010第十六屆中國(guó)國(guó)際復(fù)合材料工業(yè)技術(shù)展覽會(huì)上，一位美國(guó)采購(gòu)商與東麗公司日本技術(shù)人員正洽談碳纖維業(yè)務(wù)。 （本報(bào)記者 徐巖 攝）
專家語(yǔ)重心長(zhǎng)—— 產(chǎn)學(xué)結(jié)合，別扎堆
羅益鋒和徐樑華兩位專家目前都在參加碳纖維產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃的制定。他們認(rèn)為，如何將“低性能高成本”變成“高性能低成本”，這是國(guó)產(chǎn)碳纖維“十二五”的主攻方向。
“產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合是碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。目前我們的技術(shù)基本來(lái)自于高校和科研院所，要依靠企業(yè)，才能把技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。”羅益鋒非?？隙ǖ卣f(shuō)。據(jù)徐樑華介紹，由國(guó)家相關(guān)部門(mén)支持的碳纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟將于本月底成立，目標(biāo)就是要加強(qiáng)科研人員與企業(yè)的聯(lián)系，為各碳纖維生產(chǎn)企業(yè)交流經(jīng)驗(yàn)提供機(jī)會(huì)，讓各企業(yè)攜手推動(dòng)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此外，北京化工大學(xué)已于今年在本科生中開(kāi)設(shè)了全國(guó)第一個(gè)碳纖維專業(yè)試點(diǎn)課程，希望更多的人能投身到我國(guó)的碳纖維事業(yè)中來(lái)。
企業(yè)，無(wú)疑是千條建議最終要落實(shí)的點(diǎn)。中復(fù)集團(tuán)董事長(zhǎng)張定金認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的放大過(guò)程，有的方法甚至是無(wú)法直接產(chǎn)業(yè)化擴(kuò)大的。科研院所的科技成果不能產(chǎn)業(yè)化的重要原因是科技與經(jīng)濟(jì)脫節(jié)，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備制造不出來(lái)，許多工藝問(wèn)題解決不了。碳纖維生產(chǎn)應(yīng)以企業(yè)為主體來(lái)推動(dòng)科技成果產(chǎn)業(yè)化。
但專家們同時(shí)強(qiáng)調(diào)，必須減少目前的低水平重復(fù)建設(shè)項(xiàng)目。“雖然國(guó)內(nèi)碳纖維企業(yè)有20多家，但是擁有原絲和碳化完整生產(chǎn)鏈的百噸級(jí)以上企業(yè)目前只有4家，其他企業(yè)要么規(guī)模小到僅有幾十噸，要么就是只有碳化設(shè)備而沒(méi)有生產(chǎn)原絲的能力。而國(guó)外的企業(yè)基本都是千噸級(jí)以上，像日本東麗、三菱麗陽(yáng)等企業(yè)都達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)，而且都是擁有完整生產(chǎn)鏈的。”徐樑華告訴CCIN記者。
據(jù)羅益鋒介紹，日本美國(guó)等老牌碳纖維強(qiáng)國(guó)已經(jīng)意識(shí)到中國(guó)的T700和T800碳纖維遲早要產(chǎn)業(yè)化，于是他們已經(jīng)把目光瞄準(zhǔn)到新的技術(shù)高度，在技術(shù)上更上一層樓，搶占制高點(diǎn)。此外，他們也在千方百計(jì)地通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模改進(jìn)工藝來(lái)降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。現(xiàn)在印度、沙特和土耳其等新興國(guó)家也加入了競(jìng)爭(zhēng)的行列，這是國(guó)內(nèi)企業(yè)以前沒(méi)有意識(shí)到的。土耳其作為世界最大的腈綸生產(chǎn)基地，有良好的技術(shù)基礎(chǔ)，他們起步雖晚但是產(chǎn)業(yè)化很快，碳纖維目前基本達(dá)到T400水平，預(yù)計(jì)年底可以達(dá)到T700的水平。而且他們的產(chǎn)品質(zhì)量好、價(jià)格便宜，去年最低價(jià)格為每千克120元，預(yù)計(jì)年底將有500噸以上進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。
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