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2020-07-27 12:21

上图反映了2011-2015年碳纤维企业排名,可以发现,日本和美国企业一直遥遥领先,而中国企业与美日相比还是存在较大差距。

我国碳纤维工业的起步可以追溯到1962年,2005年,我国碳纤维行业仅有10家企业,产能之和占全球总产能的1%;2008年,以国有企业为主的大量工业企业涌入碳纤维行业,但大多数企业在一些关键技术上无法突破,生产线运行及产品质量极不稳定,导致“有产能,无产量”的现象出现;2010年,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,碳纤维需求严重依赖进口。

二是不同程度存在材料本身研发与应用脱节,存在不敢用和不会用的问题,其他领域的应用上喊得多、用得少。

纪念师昌绪诞辰百年:师昌绪先生和中国的碳纤维发展

从上面这些物品中我们能够从中发现生活的巨大变化,从衣着服饰到高精尖产品,每一步的发展都离不开碳纤维。碳纤维具有高强高模、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐湿、密度小、蠕变小、导电传热、热膨胀系数低等优点,既可作为结构材料承负载荷,也可作为功能材料发挥作用。

尽管如此,但我国在碳纤维的制备等方面突出问题还是存在,并且长期得不到解决。

例如,在装备制造上,石墨化炉是制备高强高模碳纤维需要的设备,石墨化炉温度要求达到2800℃以上,但国内受炉体原材料限制导致高温装备性能不稳定,而且这些材料国外对我们是禁运的。

戎光道.我国碳纤维产业发展现状及建议,合成纤维工业,2013,36(2):41

碳纤维40年:国际封锁下的艰难攻关

2017年全球碳纤维理论产能14.71万吨,其中美国碳纤维理论产能3.86万吨,日本2.72万吨,排名全球前二,两国累计占全球产能的45%。日本东丽目前是世界上第一大碳纤维生产商,在小丝束碳纤维领域,日本东丽占据全球26%的市场份额,2017年营业收入达1302亿元。在大丝束碳纤维领域,美国赫氏公司占全球58%,产品应用在f-22、f-35、空客a350等知名航空装备。

但在最近几年中,碳纤维工业得到了快速发展,相关研究工作也在如火如荼地进展当中,例如中复神鹰公司经过一年的研究,成功向世界推出sym40(m40级别)碳纤维产品。

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参考文章:

化工行业:全球碳纤维需求保持稳定增长

美日等国家碳纤维主要在航空航天、国防等工业方面应用,而我国碳纤维应用领域虽然也每年增加并朝着国防、军工航空航天等方面发展,但下游消费领域还是以文体休闲产品和工业应用为主,2010年我国碳纤维及制品进口量为10.966kt,体育休闲占进口量的64.5%,工业领域占进口量的20.9%,而航空航天只占进口量的0.6%,其他占进口量的14%,增幅较大的是风力发电叶片、气瓶、船艇、机械配件等。

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日本东丽公司通过突破碳化工艺,使碳纤维强度和模量同时提升10%以上,率先达到了第三代碳纤维的技术要求。东丽利用传统的pan溶液纺丝技术,精细控制碳化过程,在纳米尺度上改善碳纤维的微结构,对碳化后纤维中石墨微晶取向、微晶尺寸、缺陷等进行控制,从而使强度和弹性模量都得到大幅提升。

2017年中国碳纤维产能产量现状及发展前景预测

为使碳纤维及其复合材料真正成为军民两用材料,成为碳纤维强国,我们仍需努力。应加强对碳纤维进行战略规划,使其按市场规律有序发展;重视人才培养,加强技术基础研究,寻找新的发展动力;在质量上下功夫,确保其性能的稳定性,通过自主创新,发展新技术和新的制造装备,着实拓展其应用领域,提高其性价比和国际竞争力。尽快制订碳纤维发展的整体规划,加强建立重点产业基地、发挥区域合作优势、建立评价和认证机构打破技术封锁,国产碳纤维要走中国特色自主创新道路。

碳纤维是军民两用材料,属于技术密集型和敏感的关键材料,一直被以日本东丽为首的西方国家实施禁运和技术封锁。中国对碳纤维的研究开始于1960年代,80年代开始研究高强度碳纤维,虽然取得了一定的成果,但被外界认为进展缓慢,加上核心技术、关键设备长期被日本、美国和西欧国家垄断,使得中国在这个领域遭到打压,以致于落后了几十年。

一是基础尚较薄弱,碳纤维是技术含量极高的材料分支,它的技术和工艺包括了原液聚合到纺丝到预氧化碳化等复杂工序,既要解决原理性的科学问题,又要解决难度极大的关键技术和工程问题。中国还没深入全面掌握核心技术,在质量上还有较大的提升空间,研发和生产装备对外仍有相当依赖。

美国佐治亚理工学院研究小组通过突破原丝制备工艺,在保持碳纤维高强度同时,弹性模量提升28%以上。2015年7月,该研究小组利用创新的pan基碳纤维凝胶纺丝技术,将碳纤维拉伸强度提升至5.5~5.8gpa,拉伸弹性模量达354~375gpa。虽然拉伸强度和im7相当,但弹性模量实现了28%~36%的大幅提升。这表明美国已经具备了第三代碳纤维产品的自主研发实力。