近年来，我国碳纤维产业持续高速发展，生产技术、生产能力和材料应用不断实现新的突破。一批在碳纤维行业持续深耕的本土优秀企业，研发能力和市场竞争力持续增强。但碳纤维复材的性能及应用等多方面与国际先进水平相比仍有差距。未来怎样通过上下游产业链联动，形成系列化的中国式解决方案？在4月3日，由中国化工信息主办的第十届全国碳纤维产业发展（廊坊·安次）大会上，来自碳纤维生产、复材生产及下游应用领域的专家进行了研讨。
碳纤维已经进入承上启下关键期
中国化工信息中心总经理、党委书记刘韬在致辞中指出，随着新能源、风电、光伏等碳纤维下游热点行业市场规模持续高速增长，碳纤维行业国产化替代的进程在不断加速。然而，相比全球领先企业，国产碳纤维在生产技术、应用技术、产品性能、质量及成本的竞争力方面仍然有较大差距。国内碳纤维行业低水平建设的问题突出，产业规模大而不强，技术和应用原始创新基础仍然较为薄弱，高端应用对外依赖度较高等问题依然突出。
碳纤维作为新能源、高端装备、航空航天等战略新兴行业的重要基础材料，需要进一步加大创新，实现自立自强，自主可控，通过上下游互通、产学研用共建，跨越难关，推动碳纤维产业的发展。
中国石化上海石油化工股份有限公司副总经理黄翔宇表示，碳纤维及其复合材料的应用前景广，技术含量高，是保障国防安全和产业高端化发展的重要基础，是要不来、买不来、讨不来的关键核心技术，是我国新材料产业亟需迎头赶上的重点方向。
当前我国碳纤维产业已经进入了承上启下的关键战略发展期，建议碳纤维企业坚持以国家战略需求和产业升级需要为牵引，充分发挥我国碳纤维产业的人才优势、技术优势、品牌优势，以产业链布局创新链，以创新链延伸产业链，积极推进高校科研院所碳纤维上下游企业之间的协同创新，加快碳纤维生产工艺关键装备等技术的持续创新和产品迭代升级。同时，加快碳纤维复合材料在各个领域的应用研究和示范推广，共同形成从原丝、碳纤维到中间体、复合材料制件系列化的中国式解决方案，以推动碳纤维产业高质量发展，助力中国式现代化。
中国科学院院士、东华大学材料科学与工程学院院长朱美芳表示，碳纤维是国家需求的关键材料，其应用水平反映国家核心竞争力。目前在工业化生产当中，用于大飞机、高铁的高性能PAN基碳纤维占比较大（92%），高纯耐烧蚀粘胶基碳纤维和高模量沥青/木质素基碳纤维分别仅占比1%和7%。朱美芳介绍了结构功能一体化碳纤维的设计与成形加工研究。
中国工程院院士、大连理工大学教授蹇锡高介绍了新型杂环高性能工程塑料及其复合材料研发进展。高分子材料及树脂基复合材料具有比重小、易加工、耐腐蚀的突出优点，但也存在实用温度范围窄的缺点。很多重要领域需要轻质、高强、耐高温、耐腐蚀的材料。高性能工程塑料是发展高技术和国防军工亟需的重要材料。蹇锡高院士团队开发了低成本、高性能、结构和性能易调控、加工方式多样化的工程塑料及其复合材料，大幅扩展了其应用领域。
科学技术部高技术研究发展中心技术总师史冬梅介绍了新材料技术发展现状及趋势。发达国家高度重视新材料的基础支撑、先导引领作用，积极制定新材料发展战略，包括材料基因组计划（美国）、工业2050战略（英国）、纳米技术和材料科技研发战略（日本）、2030材料战略（俄罗斯）。发达国家对高端材料垄断加剧，集成化、集群化发展态势突出；布局前沿新材料，继续主导材料原始创新，抢占制高点；重视关键材料供应链安全，关键矿产资源成为大国竞争焦点；持续强化新材料创新支撑体系，注重产业发展模式、人才培养。从技术发展趋势看，更加依赖计算科学、人工智能等新方法，形成了以数据驱动的新材料研发新范式，加快了技术创新速度，新材料迭代周期大幅缩减；新材料向个性化、复合化、多功能化、更耐极端环境、更趋近于性能极限发展；新材料的发现与性能提升更依赖基础科学突破、学科交叉、技术融合；低碳可持续发展理念深植于材料开发各个方面，更加突出环境友好、绿色节能、成分简约、一材多用、循环利用等。
中国化工信息中心情报事业部副总经理牛倩倩介绍了碳纤维复合材料在绿色经济中的机遇和挑战。纤维复合材料作为国家的战略性先进材料，在航空航天、轨道交通、能源、建筑、生活等领域具有广阔的应用空间。相比于传统材料，碳纤维复合材料具有更低的密度和更高的强度。碳纤维复合材料技术的不断发展和在多领域的广泛应用，可以进一步实现降低能耗、减少环境污染，对绿色经济的发展具有重要的意义。如轻量化技术通过减轻产品重量，降低能耗；循环利用技术通过再生利用，减少对自然资源的消耗，实现循环经济。
1.从源头上看，碳纤维复合材料的生产需要大量的能源和原材料，因此绿色发展的关键在于开发新的生产技术和替代原材料。例如，利用生物质制造碳纤维，采用可再生能源进行生产，将有机废弃物转化为原材料等。
2.从过程上看，碳纤维复合材料的生产过程会产生大量的废水、废气和废固体，对环境造成负面影响。因此，绿色发展的重点在于开发新的生产工艺和减少废弃物的产生。例如，采用循环经济模式，将废弃的碳纤维进行回收利用，开发高效的废气处理设备等。
3.从应用上看，碳纤维复合材料的应用也需要考虑环保因素。采用碳纤维复合材料制造的产品需要具备可持续性和环保性，例如采用可再生能源驱动的电动车、采用可降解材料制造的运动器材等。
大会期间，进行了廊坊高新区京津冀“碳谷”启动仪式。据介绍，廊坊市安次区拥有深厚的文化底蕴、得天独厚的区位优势、广阔的发展空间和优良的投资环境。近年来形成了以信息光子、物联网、云计算的研发和应用、数字虚拟技术、移动通讯终端为主的新一代信息技术产业，以碳纤维、石墨烯为主的新材料产业，以航空航天、智能机器人、新能源汽车及汽车零部件、专用设备制造为主的高端装备制造业和以现代商贸物流为主的现代服务业同步发展的产业格局。
碳纤维复合材料应用加速突破
2022年我国新增碳纤维产能已超过美国总产能，国产碳纤维市场份额首超进口产品。各企业纷纷宣布新建或扩能计划。与会专家认为，集中扩能导致的供过于求会引发价格下行，这也有望刺激价格敏感型应用行业大量采用碳纤维，低成本、高效率仍是下游关注的趋势。
广州赛奥碳纤维技术股份有限公司总经理林刚分享了碳纤维及其复合材料应用及趋势分析。林刚表示，2022年我国碳纤维行业成绩斐然：市场依然保持高速增长，总需求量比2021增长19.3%；2022年，国产碳纤维首次超过进口量，占到总需求量的60.5%；实际运行产能及总需求高居世界第一；2022年，全球十大最大产能公司中，我国占了四家：吉林化纤（第二）、中复神鹰（第四）、新创碳谷（第八）、宝旌碳纤维（第九）。
但碳纤维行业仍面临不少问题：产业大而不强，国际竞争优势还未形成，评价指标就是性价比；重复建设严重；低成本技术开发意识不够强；国际化经营尚未起步；应用生态链创新严重缺乏。
对于碳纤维行业的发展，林刚提出了几项思考及建议：近几年国内需求中，有1.8万~1.9万吨加工贸易，无论是性能、还是成本，这个量对国外的忠诚度较高；在高性能工业应用和大丝束工业应用中，供过于求、价格下行是必然的，这也有望刺激价格敏感型应用行业大量采用碳纤维。
廊坊市飞泽复合材料科技有限公司总经理辛朝波作题为《大丝束碳纤维复合材料的应用技术探索》的报告。报告指出，大丝束碳纤维的市场份额持续提升，也是未来的主要趋势。飞泽复材顺应该趋势，在展纱、经编织物、预浸料等产品，以及风电、汽车等领域开展了一系列大丝束碳纤维应用探索。并且通过ES6碳纤维后地板项目开展了针对不同型号的碳纤维验证，积累数据超15万个，满足主机厂应用要求。
1.航空
中航复合材料有限责任公司首席技术专家李宏运分享了关于航空碳纤维及复合材料发展的思考。国产碳纤维取得可喜成就，基本自主保障，国内总产能有望世界领先。国产航空树脂体系和复合材料品种和性能与国外相当，基本自主保障。建议加强从跟踪仿制到基于应用的创新，涉及纤维、树脂、复合材料和应用的科学、技术、工程和产业创新，前景广阔，任重道远。
2.船舶
中国船舶集团有限公司第七二五研究所彭运松介绍了碳纤维复合材料在船舶舰艇中的应用。彭运松表示，船舶复合材料需要适应苛刻海洋环境、大型化结构、低成本要求。着眼未来，船舶建造将迎来巨大变革（极低的饱和吸水率、高质量要求和低成本并重，以及长周期使用寿命）。其中，结构声学复合材料用于具有声学功能要求的结构件，可以完成金属材料不具备的吸声/隔声/透声等性能，在满足结构承载、减重、防腐的基础要求上，额外附带声学功能特性。当前，先进复合材料在船舶应用上面临快速发展的重大机遇，但同时面临来自增强材料、基体树脂、芯材泡沫、界面等方面的挑战。整体化、高精度、低成本、智能化制造工艺是关键。基础研究需要专项突破，集智攻关。如船舶主承力结构复材的安全可靠性评价，结构复合材料的阻燃防火评价，材料长期服役环境的性能评价及寿命预测，抗复杂载荷冲击技术，高压水吸附模型及材料性能演化机理，大丝束碳纤维/乙烯基树脂界面技术。
3.轨道交通
中车研究院新材料室主任陈朝中分享了轨道交通车辆高性能复合材料核心关切点及“十四五”发展展望。航天航空材料发展经历了金属到碳纤维复合材料的迭代，高性能复合材料的轻量化作用越发凸显。复合材料结构重量占比在逐年提升，机身复材占比提到52%。轨道交通装备领域，车体系统、电气系统、转向架系统、钩缓系统、制动系统和车内系统都是复合材料的应用开发方向。“十四五”轨道交通高性能复合材料的总体发展趋势是高效率和低成本，包括轨道交通车辆用复合材料快速选材及评估技术、典型部件结构优化设计及仿真技术、典型部件虚拟制造技术、典型部件装配技术等。
4.汽车
中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员祝颖丹分享了汽车工业用复合材料轻量化技术。祝颖丹认为，碳纤维复合材料规模化应用的主要问题是技术不足，关键环节脱节，主要表现在原材料成本高、设计水平不足、制造效率低下、回收再利用难。选材和制造工艺、性能要求和成本控制密切相关，选材时主要考虑成本、性能指标、使用环境、纤维/树脂匹配、工艺性和环保。宁波所自研碳纤维用上浆剂可显著提高复合材料界面性能超过30%。
5.风电
三一重能股份有限公司叶片研究院复合材料所材料工程师谢存存介绍了碳纤维在风电叶片中的应用。当前，叶片大型化、轻量化趋势，对增强材料性能要求越来越高。拉挤碳板缺陷少，纤维含量更高，性能更高，已成为碳纤维叶片应用的主流材料，在陆上和海上大叶片开始小批量应用。2022年全球风电碳纤维用量约为3.5万吨，其中至少95%以拉挤板形式应用于叶片主梁。国外最早将拉挤碳板应用于叶片，迄今已有十多年批量应用经验。2022年是拉挤碳板新叶型研发与储备期，预计2~3年内国内风电行业拉挤碳板市场需求暴增。拉挤碳板价格已成为制约风电应用的主要影响因素，建议尽快推出国产低成本大丝束碳纤维，支撑大叶片快速发展。
6.储氢
江苏龙蟠氢能源新材料室主任、IV型储氢瓶项目负责人刘榛分享了IV型储氢瓶的市场机遇及面临的问题。车载储氢技术是氢燃料电池车发展的关键，直接影响氢燃料电池汽车的续航里程和成本等。氢燃料电池车载储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、固体储氢和有机液体储氢等。其中，气态储氢技术成熟、应用广泛、成本低，是目前储氢应用的主要方式。车载储氢国内以III型瓶为主，IV型瓶处于研发阶段；国外IV型瓶已广泛应用。
碳纤维是储氢瓶制造的关键原材料，其成本和性能对储氢瓶的成本和使用性能影响重大。根据美国能源局（DOE）的研究成果，碳纤维复合材料的成本占到储氢瓶成本的60%以上。当前国内储氢瓶所用的部分零部件及设备仍高度依赖进口（比如瓶阀、纤维缠绕装备等），采购价格高；后续随着构件国产化的持续推进，整体成本将随之降低。
碳纤维的选择上建议尽量用高强度碳纤维，可以减轻气瓶的重量，提高储存密度。但强度越高，气瓶的成本就越高，不利于产业化，需要寻找一个平衡点。当前国内外技术水平差距仍较大，同型号的纤维国内强度差距至少低10%。
北京化工大学材料科学与工程学院教授马兆昆介绍了萘系中间相沥青及其高导热炭材料的制备与应用。中间相沥青的原料包括煤沥青、石油沥青（包括石油渣油和FCC油浆）和纯芳烃。日本萘系中间相沥青由于设备、安全等问题导致停产，煤系中间相沥青已产业化，但对我国封锁；美国石油系中间相沥青产业化，对我国封锁；中国石油系中间相沥青的研究与煤系和萘系中间相沥青相比，较为成熟，但产业化应用方面仍面临诸多问题，研究重点在于分子结构的调控和反应速度的控制。与煤系和石油系中间相沥青相比，萘基中间相沥青分子更易堆叠，且堆叠层数更多，经石墨化处理后更易生成较大尺寸的石墨微晶。
当前，廊坊高新区以总投资50亿元的长盛科技高性能碳纤维、总投资31亿元的飞泽复材碳纤维复合材料项目为龙头的新材料产业集群已初具规模。京津冀“碳谷”产业基地将以现有产业发展基础和重点项目为依托，利用3~5年时间，培育引入20家以上具有较强自主创新能力和品牌竞争优势的重点企业及若干配套上下游企业，全力打造京津冀“碳谷”产业基地。将逐步形成从“碳纤维一中间材料一复合材料一多元制品”的完整碳纤维产业链条，在关键助剂、关键设备研发，以及下游材料应用等方面实现突破赶超，努力打造主营业务收入超百亿级、具有核心竞争力的战略性全链产业。
未来，京津冀“碳谷”产业基地将重点在国家重大工程领域、工业应用领域及民生领域加快聚集一批高度关联的产业、资源、平台，不断延长材料应用产业链，将区位优势、生态优势、技术优势转变为发展优势，打造具有全国乃至国际影响力的创新策源地、产业聚集地、政策先行地、发展至高地，聚力打造高质量产业集群。