大丝束、低成本碳纤维迎来发展春天
——2016’全国碳纤维产业发展（吉林）大会隆重召开
■ 本刊记者 吴军
8月10日，由中国化工信息中心、吉林市人民政府联合主办，《中国化工信息》杂志、《化工新型材料》杂志、吉林化纤集团公司、常州大学承办，吉林市科学技术局、吉林省碳纤维产业技术创新战略联盟、吉林经济技术开发区、吉林化工循环经济园区协办的“2016’全国碳纤维产业发展（吉林）大会”在吉林隆重召开。为研究解决我国碳纤维行业产品成本过高、制约应用发展等问题，本次大会以“低成本、大丝束碳纤维应用发展”为主题，吸引了来自国内外碳纤维上下游及配套领域内的知名专家、相关企业的领导、代表等350余人莅临。会上，业内专家普遍看好大丝束、低成本碳纤维在汽车、新能源、建筑等领域的应用前景。本刊特撷取会上精彩内容，以飨读者。
行业机遇与挑战共存
2016年是“十三五”的开局之年。作为我国七大战略新兴产业和“中国制造2025”重点发展的十大领域之一，新材料是整个制造业转型升级的产业基础，其中碳纤维及其复合材料更是战略性新材料的重中之重。
中国化工信息中心副主任任国琦在致辞中指出，当前，尽管我国通用级碳纤维已实现了工业化生产，基本满足了国内市场的部分需求，但随着国内复合材料市场的快速发展，通用级碳纤维已难以适应航空及其新兴工业领域需求，国内高性能碳纤维产品由于受到工艺技术的限制，仍主要依赖进口。在应用方面，由于成本较高，小丝束碳纤维在航天航空市场的应用发展进程缓慢；而体育市场的扩展空间也有限，已接近饱和。未来最具发展潜力的就是能源、汽车工业等应用领域，这为低成本大丝束碳纤维的发展开辟了广阔市场空间。
中国工程院院士杜善义表示，目前我国碳纤维原材料从技术水平和质量来看，在航空航天以及民用领域应用均已经过关；在产品质量和设计方面，也积累了许多经验，特别是在航空航天领域应用的带动下。从整个行业来看，当前，碳纤维的需求越来越迫切，应用领域越来越多，尤其是民用领域的应用发展速度比较快。在政策层面，国家和地方政府也非常重视碳纤维产业的发展。但同时我国碳纤维复合材料的发展也面临不少挑战。包括在复合材料的使用、设计上，制造商还有很多问题需要解决，如设备的国产化和成本的降低；生产自动化、数字化技术与国外还有相当差距；此外在生产规模和质量控制方面也还有很长的路要走。
杜善义指出，当前碳纤维行业面临的主要问题包括：一味地追求T700、T800甚至更高型号的技术。其实，对碳纤维高性能的理解应该是广义的。从民用的角度来看，需符合使用性能优化的要求。另外，降低成本、与国际接轨的需求是永恒的。此外，小丝束的发展主要是满足航空航天等一些特殊领域的要求，而大丝束可以提高效率，在民用方面将是一个发展方向。
杜院士指出，要加强碳纤维领域的创新，为未来开拓更加广阔的发展空间，就要以需求为导向，推进碳纤维及其复合材料的发展。如何把碳纤维用好？用多少？用在什么地方？如何保证安全？从总体来看如何降低成本？都是在使用过程中需要考虑的问题。
在谈到中国碳纤维产业的未来时，吉林化纤集团董事长宋德武建议，产业链上的企业要清晰定位自身是专注于原丝、碳化还是下游制品。同时，圈外企业不要轻易进入这个行业。只有把大学、科研院所、纤维生产企业以及制品企业联合在一起，协同发展、协同创新，才能共同推动我国碳纤维产业健康、快速发展。
国产化研究亟待新突破
目前，全球碳纤维应用主要分为两类：一是以日本为代表的高强度、小丝束产品，主要在军工、航天领域小范围应用；二是以欧美为代表的低成本、大丝束产品，在工业领域广泛应用。这一点从全球专利的情况可以看出。中国化工信息中心情报咨询部知识产权及政府项目总监蔡志勇分析称，从中美日专利数量与研发活跃度来看，美国和日本碳纤维发展起步早，发展持久，保持很高的研发热情和成果产出。其中，日本碳纤维关注的焦点在聚合、纺丝、成碳热处理方面；而美国专利主要集中在高分子化合物和薄层产品研发，纤维制品的处理相对较少。与之形成鲜明对比的是，国内碳纤维方面的专利分析测试相对多，高分子化合物和薄层产品较少，且全球性专利寥寥无几。蔡志勇提醒，如果中国公司有自己的产品和技术，要提前考虑专利全球布局的问题。
以此，中国碳纤维及复合材料产业发展联盟秘书长郅晓建议，未来专利布局工作应从以下几个方面展开：（1）加大碳纤维复合材料在汽车应用技术方面的专利布局；（2）结合碳纤维复合材料更广泛用于航空航天、汽车制造、风力发电、体育休闲等领域的情况，以及东丽在预浸料方向的技术布局，建议进行针对性的预浸料技术研发及专利布局；（3）加强高模碳纤维、高强碳纤维和预氧化工艺、石墨化工艺设备的专利提前布局。
谈及大丝束的发展空间以及技术发展的现状，宋德武表示，近年来，大丝束碳纤维在汽车、风电叶片、轨道交通等领域应用迅猛增长，预计未来几年需求增速每年将超过16%以上，到2020年，全球需求预计达到15万吨以上，中国将达到7.7万吨以上。随着工业化技术的成熟，低成本、大丝束碳纤维将成为未来碳纤维产业发展的方向。当前中国碳纤维企业尽管有30多家，但普遍规模小，都是小丝束生产，无法与国际龙头企业3万吨规模竞争。
宋德武指出，当前发展大丝束碳纤维原丝在生产时主要存在以下几个方面的难题：变异系数（CV）值高，即均一性差；毛丝控制能力弱；疵点多，堵孔机率高；并丝漫流凝固浴渗透；水洗时易存在铺展凝固剂残留。而大丝束在碳化方面的主要困扰是：分丝展幅、放热集中、牵伸不匀、丝条大分子重排。这些都需要进一步完善。
宋德武还指出，未来大丝束降成本要从提高纺丝速度、提束（K数，根数）、提高得率、尤其是降低油剂、电、蒸汽等成本入手。此外，还需要从生产管理方面研究两头大中间小的细腰生产线。
下游应用迎来春天
随着碳纤维国产化技术的日益突破，碳纤维及其复合材料在航空航天、电缆、新能源、汽车等领域的应用也在快速推进。
随着国产碳纤维材料的加快应用、芯棒国产化，复合材料加强芯替代钢芯已成为发展趋势。碳纤维复合芯软铝绞线、硬铝绞线、耐热铝合金绞线产品已经实现了系列化，其性能更优，批量应用性价比更高。远东智慧能源股份有限公司副总经理兼电缆产业首席技术官汪传斌指出，碳纤维复合芯导线的开发，得到了国家电网、南方电网的高度重视，自2006年6月分别在广东深圳和辽宁辽阳220kV线路投运以来，截至去年年底，已有万公里碳纤维复合芯导线用于增容改造线路，新建线路推广应用也正在推进。且碳纤维复合芯导线已广泛敷设于特殊地理环境和气象条件，敷设安装技术已日趋成熟，为新建线路推广应用积累了丰富经验。
先进复合材料（ACM）由于具有质轻、高比模量和高比强度，防热、隔热、耐高温及耐湿热等特性，被大量地应用于航天、航天工业上。据精功（绍兴）复合材料有限公司沈伟介绍，在民用领域，555座的世界最大飞机A380由于碳纤维增强塑料(CFRP)的大量使用，创造了飞行史上的奇迹。飞机25%重量的部件由复合材料制造，其中22%为CFRP。而轨道交通车体对材料的期望包括：阻燃防火，最好符合德国DIN5500；熔点高或耐烧蚀；耐腐蚀；隔音、高阻尼；抗冲击；耐疲劳；高比强度、高比模量。聚合物基复合材料的缺点包括耐热、耐湿热性能较差、抗冲击性能较差、导电性差、阻燃与流动度成反比。中航工业成飞集团复合材料加工厂副厂长何凯指出，聚合物基复合材料，尤其是CFRP要用于轨道交通，这些问题必须得到妥善解决。
谈及在飞机上的应用，威海光威复合材料股份有限公司董事长李书乡、北汽集团新技术研究院副院长孔凡忠、欧洲汽车轻量化技术联盟宋廷瑞博士、康德集团汽车轻量化平台总负责人、康德复合材料有限责任公司常务总裁张保平、一汽集团公司高级经理田洪福等专家纷纷表示，复合材料在汽车上应用的春天已经到来。田洪福指出，未来整车将朝着低碳化、智能化、信息化、清洁化的方向发展，而轻量化是实现这些趋势非常重要的基础。孔凡忠表示，汽车轻量化是汽车行业普遍获得的一个共识。2020年乘用车新车平均燃料消耗量达到5.0 L/100km的强制要求成为汽车轻量化的巨大动力。宋廷瑞博士指出，复合材料在汽车上的应用完全颠覆了传统整车制造的思路。复合材料在整车的应用是先确定轻量化目标，再把目标分布到每个零部件，然后再对材料进行选择。因此政策的设计过程需要原材料、零部件、整车、系统集成、研发中心等部门共同来研发。对于材料企业而言，整个技术要求要满足整车厂的需要。在谈到康德集团碳纤维在汽车领域的布局时，张保平表示，康德集团未来将聚焦于大丝束产品的国际化进行布局。
打造中国“碳谷”，政策需因“地”制宜
近年来，我国碳纤维在产业化和规模化发展方面取得了重大突破。碳纤维产业进入了前所未有的新的发展阶段，在碳纤维产业链条下的碳纤维工程化研发出现了加速发展的势头，初步形成了以吉林、山东和江苏等地为主的碳纤维产业聚集地，培育了吉林碳谷、威海拓展、中复神鹰、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，有力地提升了国家碳纤维制备和复合材料产业的自主创新能力。吉林市副市长陈胜在致辞中表示，“十三五”期间，吉林市将加快推进碳纤维产业发展，积极打造世界碳纤维研发与生产中心，建成中国“碳谷”。为此，陈胜指出，吉林市将下功夫破解低成本、大丝束碳纤维产业化技术瓶颈，大力推动低成本、大丝束碳纤维在新能源汽车、轨道客车、风力发电、航空航天、压力容器、建筑补强等领域的应用，加大产业政策扶持，鼓励企业加大投入，提升自主创新能力，培育国家级碳纤维龙头企业，整合国内外创新资源，科学布局、统筹发展。
吉林市科技局局长王德林认为，碳纤维是一种典型的替代性材料，主要用于替代原来的钢铁合金等材料。随着高铁、汽车、新能源等行业的发展，碳纤维将迎来更为广阔的发展前景。
对于碳纤维产业的发展，王德林建议，相关部门在制定政策时，最好能系统分析当地产业优势的节点，以及产业链上每个环节企业的痛点。比如碳化生产企业的痛点在于用电量大，用电成本高，因此可以给予优惠电价，减少碳化企业电力成本；而对于下游制品企业更多的是要根据使用碳纤维的量来进行补贴，从而促进整个碳纤维产业向前发展。
在创新方面，王德林认为要推动创新首要的是人才的驱动。对于人才的引进，第一要制定有效的策略来吸引人、留住人，并发挥好这些人才的作用；第二，要建立创新平台，并让平台最大化的发挥作用；第三，政府在创新的生态体系建设中要为企业提供便利条件。
在为期2天的大会上，业内代表对上述问题的讨论意犹未尽，针对碳纤维产业可持续发展之路的探索仍将是未来很长一段时期的热点和焦点。在企业、科研院所、政府的共同努力下，我国碳纤维行业迎来爆发式增长指日可待。