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專題報(bào)告

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高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展簡報(bào)

產(chǎn)業(yè)概述

碳纖維作為一種具備優(yōu)異特性的新材料,在各行業(yè)廣泛應(yīng)用,并被認(rèn)為是21世紀(jì)的"新材料之王"2017年起,國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能擴(kuò)張加速,2022年國產(chǎn)供應(yīng)量首次超過進(jìn)口量,達(dá)到4.5萬噸,多家碳纖維制造企業(yè)宣布擴(kuò)產(chǎn)。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈較長且壁壘高,上游聚丙烯腈基已成為市場主流,占據(jù)全球90%市場份額。中游大絲束碳纖維在相同生產(chǎn)條件下可大幅度提高單線產(chǎn)能,實(shí)現(xiàn)低成本化,拓寬下游企業(yè)應(yīng)用碳纖維的積極性,國產(chǎn)企業(yè)正在布局開啟產(chǎn)業(yè)化。同時(shí),國產(chǎn)碳纖維通過突破工藝技術(shù),產(chǎn)品性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。碳纖維下游受益于廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,需求呈現(xiàn)多點(diǎn)開花態(tài)勢,大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域處于高景氣階段。國產(chǎn)碳纖維成本有望進(jìn)一步降低,隨著產(chǎn)能利用率提升和工藝的不斷完善與成熟,單位電耗不斷降低。碳中和為碳纖維行業(yè)帶來新的發(fā)展機(jī)遇,例如新能源汽車領(lǐng)域等創(chuàng)造新的需求。

高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展簡報(bào)


發(fā)展歷程

趕英超美進(jìn)行時(shí)

中國碳纖維行業(yè)長期被日美企業(yè)壟斷,但近年來取得了長足的進(jìn)步。碳纖維的生產(chǎn)起步于20世紀(jì)60年代,在技術(shù)上日美仍處于領(lǐng)先地位,尤其是日本的東麗公司在高性能碳纖維領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位。然而,中國的碳纖維工業(yè)在與日本的研發(fā)同步進(jìn)行的過程中,經(jīng)歷了低水平階段、技術(shù)轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展階段。通過長期的自主研發(fā),中國打破了國外技術(shù)壁壘,目前碳纖維產(chǎn)業(yè)化取得了顯著的進(jìn)展。

高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展簡報(bào)


市場趨勢

加速中的國產(chǎn)化

國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能擴(kuò)張加速,多家企業(yè)宣布擴(kuò)產(chǎn)。2017年之前,中國主要依賴進(jìn)口碳纖維,但自2017年起,國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能擴(kuò)張迅速。2022年,國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)量首次超過進(jìn)口量,達(dá)到4.5萬噸。截至2022產(chǎn)量已打57.09萬噸,產(chǎn)量翻了12.7倍,增速已達(dá)35%左右。在此背景下,多家碳纖維制造企業(yè),如吉林化纖、寶旌碳纖維、中復(fù)神鷹等,宣布擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,國產(chǎn)化進(jìn)程逐漸加劇,并計(jì)劃在2022-2023年完成,推動(dòng)全球碳纖維產(chǎn)能的快速擴(kuò)張。


高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展簡報(bào)


碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較長,技術(shù)壁壘較高。碳纖維的生產(chǎn)過程涵蓋預(yù)氧化、炭化、預(yù)浸料等多個(gè)環(huán)節(jié),需要控制3000-5000個(gè)技術(shù)參數(shù)。該產(chǎn)業(yè)鏈涉及設(shè)備、技術(shù)、資金和產(chǎn)品質(zhì)量等多方面要求,其中中游環(huán)節(jié)是核心。因此,碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需要克服技術(shù)挑戰(zhàn),提高產(chǎn)品質(zhì)量,滿足市場需求。


關(guān)鍵技術(shù)

國產(chǎn)“原絲”突破壁壘

聚丙烯睛基碳纖維作為行業(yè)高發(fā)展領(lǐng)域一直是近年研究熱點(diǎn),我國聚丙烯腈基碳纖維的研制開發(fā)已有多年歷史。從上世紀(jì)后期開始研制碳纖維,建設(shè)了小試裝置和中試裝置,初步建立了工業(yè)基礎(chǔ)。近年來,力學(xué)性能有所提高。然而,由于技術(shù)設(shè)備落后、生產(chǎn)規(guī)模小以及產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題,我國碳纖維的質(zhì)量和產(chǎn)量一直無法滿足需求,市場被國外產(chǎn)品占領(lǐng)。其中,原絲質(zhì)量問題是制約我國碳纖維發(fā)展的重要因素之一。原絲作為碳纖維成本中占比最大部分是這一領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)突破點(diǎn),但國產(chǎn)原絲存在纖度大、強(qiáng)度低、離散系數(shù)大、缺陷、裂紋與孔洞等問題,限制了其廣泛應(yīng)用。由于碳纖維廣泛應(yīng)用于關(guān)鍵領(lǐng)域,高性能原絲生產(chǎn)技術(shù)主要掌握在日本公司手中,難以依靠進(jìn)口或引進(jìn)。因此,提高國內(nèi)原絲質(zhì)量、提升碳纖維性能成為當(dāng)務(wù)之急。

高性能碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展簡報(bào)

國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)能力有限,吉化集團(tuán)、山西榆次化纖廠和蘭州化纖廠是主要的生產(chǎn)企業(yè)。我國各大研究機(jī)構(gòu),如北京化工大學(xué)、中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、東華大學(xué)和山東大學(xué)等,也在進(jìn)行基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新。


此文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)搜集整理編譯,文章不用于商業(yè)目的,僅供行業(yè)人士交流,引用請(qǐng)注明出處。

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