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我国碳纤维产业发展现状及建议

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综述与专论 C合成纤维工业,HINA SYNTHETIC FI2B0E1R3 I,3N6D(U2s)T:R4Y1 我国碳纤维产业发展现状及建议 戎光道 (中国石化上海石化股份有限公司,上海200540) 摘 要:综述了国内外碳纤维生产及消费情况,碳纤维已发展成以美国为代表的大丝束碳纤维生产和以日 本为代表的小丝束生产两大类;碳纤维的消费主要在北美、欧洲和亚洲(日本),主要应用在航空和国防、工 业及体育休闲领域;我国碳纤维发展缓慢,产品品种及质量均不能满足需求,但消费量与Et俱增;详述了上海 石化碳纤维新材料开发的情况,与科研院校合作,整合了产学研的技术资源;提出了我国碳纤维发展的建议, 指出应尽快制订我国碳纤维发展的整体规划,建立重点产业基地,发挥区域合作优势,并建立国家级或地区 性的碳纤维及其复合材料的评价认证机构,以促进我国碳纤维的全面发展。 关键词:碳纤维聚丙烯腈基碳纤维生产现状消费发展 中图分类号:TQ342.2 文献标识码:A 文章编号:1001—0041(2013)02.0041—05 碳纤维是具有高强高模、耐高温、耐腐蚀、耐 东邦(Tenax)、三菱人造丝(MitsubishiRayon),美 国赫氏(HexTow)、阿莫科(Amoco)和卓尔泰克 (Zoltek)等公司 ,世界主要碳纤维生产企业生 产能力情况见表l。 表1世界主要PAN基碳纤维企业生产能力 Tab.1 Produdi0n capacity of PAN-based carbonfiberintheWOrld kt/a 疲劳、耐湿、密度小、蠕变小、导电传热、热膨胀系 数低等一系列优异性能的新型纤维,既可作为结 构材料承负载荷,也可作为功能材料发挥作用。 因此,碳纤维不仅应用于航空航天和国防科技方 面,在文体用品、纺织机械、医疗器械、生物工程、 建筑材料、化工机械、运输车辆等方面也得到日益 广泛的应用。此外,不使用润滑油的轴承、齿轮、 轴瓦、转轴、提升轮等运动频繁、负荷大的零件方 面有很好的应用前景 。碳纤维可分为聚丙烯 腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤 企业 2011年2012年2013年2014年2015年 维、酚醛树脂基碳纤维、聚酰亚胺基碳纤维、其他 有机纤维基碳纤维等。目前,主要以PAN基碳纤 维和沥青基碳纤维为主 。 1碳纤维生产现状 1.1世界碳纤维生产现状 PAN纤维被认为是制造碳纤维的最重要的 原丝,PAN基碳纤维不论质量还是产量都占世界 主导地位。世界上PAN基碳纤维的生产,在2O 世纪60年代起步,发展迅速,现已分化为以美国 为代表的大丝束碳纤维生产和以日本为代表的小 丝束生产两大类,大丝束的生产对前驱体要求较 低,产品成本低,非常适合一般民用工业领域,因 而产能利用率较高达90%。而小丝束的生产追 求高性能化,代表世界碳纤维发展的先进水平,产 品处于开发期,产能利用率较低,约70%。世界 注:数据来自JEC复合材料杂志2012年第72期。 1)小丝束:1 K/3 K/6 K,12 K/24 K。 2)大丝束:大于24 K。 收稿日期:2012—12一l1;修改稿收到日期:2013—02-20。 作者简介:戎光道(1955一),男,高级工程师,从事石油化 工技术及管理工作。E-mail:ronggd.shsh@sinopec.tom。 PAN基碳纤维生产厂商主要有日本东丽(Toray)、 42 合成纤维工业 2013年第36卷 在小丝束碳纤维方面,Toray,Tenax,中国台 湾台塑集团和Mitsubishi Rayon等4家公司的生 产能力约占世界总生产能力的75%,其中台塑是 近年发展较快的企业,在2009年其生产能力仅为 6.150 kt/a,在2011年生产能力达到8.75 kt/a。 大丝束方面卓尔泰克集团、德国SGL集团具有明 显优势,卓尔泰克集团还计划将其生产能力翻一 番,2012年SGL集团生产能力增长为7.5 kt/a。 1.2我国碳纤维生产现状 我国从20世纪60年代后期开始研制碳纤维 及原丝,但发展较为缓慢。目前,我国已经研制出 接近日本东丽公司T.300水平的碳纤维产品,但 产量和品质都远不能满足国内需求。目前,国内 碳纤维生产企业有20余家 j,生产能力约8.5 kt/a,见表2。多数碳纤维企业存在生产规模小, 技术设备落后,实际产量不足2 kt。而国内市场 对碳纤维的需求量每年都以15%的速度递增,国 内产量根本无法满足需求,90%以上依赖进口。 国内的碳纤维工业化生产还处于相对较低的水 平,没有形成规模,碳纤维的需求与生产供应之间 脱节。为使我国的碳纤维产业具有市场竞争能 力,必须提高PAN原丝质量、提升技术含量,扩 大生产规模 。 表2我国碳纤维生产能力 Tab.2 Production capacity of carbon fiber in China kt/a 2消费状况 2.1世界碳纤维消费状况 碳纤维是军民两用新材料,属于技术密集型 的关键材料 J。碳纤维的消费主要在北美、欧 洲和亚洲(日本)。2011年,欧洲碳纤维消费量占 世界总量的33%,北美占33%,日本占18%,其 他地区占16%。世界碳纤维在各领域的需求预 测见表3 1o]。 表3 2011--2020年世界碳纤维需求预测 Tab.3 Demandforecastforcarbon ifber in the WOrld over 2011—2O20 kt 从表3可以看出,航空航天和国防是碳纤维 最重要的应用领域。到2015年航空航天和国防 用碳纤维比2011年增长约87%达到13.1 kt,而 到2020年将达到l9.7 kt,为2011年的281%,其 中喷气发动机增长最快。碳纤维复合材料在航空 航天和国防领域将呈现更多的应用趋势,在今后 飞机设计使用中将成为主要的结构材料如喷气飞 机发动机、涡轮发动机、涡轮等发热结构,将会有 更广泛的应用前景。另外,世界民用飞机碳纤维 用量在扩大,国外民用飞机碳纤维用量和军用飞 机碳纤维用量比接近9:1,空间和发射的碳纤维 用量与民用飞机碳纤维用量比约为1:10。 工业用途是碳纤维最大的应用领域,也是最 有前景的应用领域。在工业应用领域,风能用碳 纤维需求量最大,201 1年占全部工业碳纤维用量 的4O%以上,预计在2015年占到工业用的55%。 另外碳纤维在压力容器、油气开发领域的应用会 第2期 戎光道.我国碳纤维产业发展现状及建议 43 不断扩大,用量将会高速成倍增长,到2020年的 需求量将会是2011年的7~8倍。 另外,碳纤维还用于体育休闲领域,主要用于 高端体育用品,消费需求的增长较慢,也使碳纤维 在该领域中增长较慢,但预计也将会有44%的 增长。 2.2我国碳纤维消费状况 尽管多年来我国的碳纤维生产发展缓慢¨ , 但消费量却与日俱增,随着市场需求的增加,特别 是国防、军工、航空航天、体育用品等方面需求的 增长,我国每年从国外进口的碳纤维越来越多。 目前我国碳纤维消费量约90%依赖进口,且下游 消费领域以文体休闲产品和工业应用为主。碳纤 维在文体休闲制品领域主要用于制造渔具、游艇、 高尔夫球杆、网球、羽毛球拍、滑雪板、箭杆、自行 车等。2010年我国碳纤维及制品进口量为 10.966 kt,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。目前,我国文 体休闲制品的碳纤维消费市场已经趋于饱和 , 许多产品以进入国际市场为主,未来发展速度将 有所减缓;相反工业领域应用将增加较快,特别是 在混凝土结构物的补强、飞机制造、民用汽车和风 力发电等方面,未来市场的发展前景较好,预计到 2015年我国碳纤维需求量约13.5 kt,其中文体休 闲用品消费比例下降为33%,而工业应用则上升 为67%。 3我国碳纤维的研发现状 我国碳纤维及其复合材料生产仍处于起步阶 段,目前尚未完整掌握的碳纤维核心关键技术,与 国外相比,我国碳纤维在质量、技术和生产规模等 方面均与国外存在很大差距。绝大部分高性能增 强材料都长期依赖进口,价格非常昂贵,极大地制 约了我国碳纤维复合材料工业的发展 ’ J。 2007年,中国石化基于国家的战略需求和上 海石化产业结构调整的要求,确定上海石化作为 中国石化碳纤维生产研发基地,大力开展碳纤维 产业化技术研发。上海石化与多家科研院校开展 合作,高起点构建协同创新的碳纤维产学研联盟。 2010年上半年开始,上海石化还与多家国内高校 和科研单位合作研究开发高性能碳纤维(T一 800),现正按计划有序推进,力争在2013年底完 成高性能碳纤维的开发任务。除利用中国石化系 统内的研发力量外,与复旦大学合作,进行聚合物 链结构和聚合机理研究;与北京化工大学合作进 行氧化、炭化工艺的研究。此外,从产业链的中长 期发展着眼,还开展碳纤维关键新技术、产品质量 升级及应用等方面的研究:与东华大学合作开发 碳纤维干喷湿纺技术和中试装置;与中国纺织科 学研究院合作开发T-800级碳纤维必须的高倍蒸 汽拉伸设备;与中国科学院上海有机所合作开发 碳纤维上浆剂;与哈尔滨工业大学合作开发土木 工程用碳纤维增强复合材料技术等。 上海石化依托具有自主知识产权的NaSCN 法腈纶生产经验,开发NaSCN法碳纤维原丝生产 技术,形成具有自主知识产权和特色的碳纤维技 术。2008年,上海石化投资4 00O多万元建设了 0.2 kt/a PAN基碳纤维原丝中试装置,同年试车 产出12 K碳纤维原丝,产品经氧化炭化后,达到 T一300水平。从2009年开始,上海石化紧紧依托 原丝中试装置,不断完善和深化碳纤维原丝生产 技术。2010年3月,上海石化开发形成了T-300 千吨级原丝工艺软件包和千吨级碳纤维工业化装 置成套技术,通过了中国石化组织的鉴定。2010 年12月开工建设了年产1.5 kt T一300碳纤维的 产业化项目,2012年一阶段0.5 kt/a建成投产。 4我国碳纤维发展的建议 4.1尽快制订碳纤维发展的整体规划 目前我国碳纤维存在的主要问题一是国家对 碳纤维及其复合材料产业中长期发展缺乏整体规 划,导致一方面总体投入不足,另一方面则是重复 投资、多头投资严重,没有形成产品研发和产业发 展的合力;二是研发单位分散,隶属关系复杂,没 有真正形成联合开发、协同攻关的国家级队伍。 因此,建议国家有关部门针对我国碳纤维及其复 合材料产业发展和产学研合作攻关过程中存在的 问题,尽快制订碳纤维及其复合材料等战略性新 材料产业发展的整体规划,特别是要重视对碳纤 维及其复合材料的基础科学、工程技术、大型装备 和应用领域等研究工作,整体推进碳纤维及其复 合材料产业的健康发展。 4.2加强建立重点产业基地 加强以企业为主体的技术创新体系建设,促 进产学研合作,政府可以发挥积极作用。一方面 要以有实力、有基础的大型企业为依托,建立健全 碳纤维及其复合材料产业应用技术体系,鼓励有 合成纤维工业 2013年第36卷 条件的高校、科研院所参与碳纤维、碳纤维复合材 料及其下游产品的基础理论研究和科技成果产业 化工作,解决我国碳纤维及其复合材料产业发展 滞后的关键问题,促进碳纤维及其复合材料产业 发展;另一方面进一步加大政府性资金和政策对 企业技术创新体系的支持力度,鼓励企业建立研 发机构和研发队伍,在人才引进、基础设施建设、 社会研发资源配置和税收政策等方面给予支持, 凝聚全社会力量,推进碳纤维及其复合材料重点 产业基地的建立。 4.3发挥区域合作优势 碳纤维及其复合材料产业是一个涉及多学 科、多行业、多种市场主体的产业,具有产业链长、 生产过程复杂、技术难度大、行业领域跨度大等特 点,这就要求我们要以国家发展战略为导向,以市 场为纽带,以技术、资本和财税政策等多种方式, 实现区域内资源共享、原料互供、产业配套、协调 发展,形成上下游紧密结合的碳纤维及其复合材 料产业群,促进我国碳纤维及其复合材料产业的 发展。 建议以大型碳纤维研发、生产企业为源头,根 据碳纤维及其复合材料产品的主要应用领域,组 建区域内碳纤维及其复合材料产业发展联盟,特 别是在碳纤维、碳纤维复合材料、航空航天、汽车、 船舶、新能源制造业、石油勘探、压力容器、建筑补 强、电磁屏蔽、体育用品等领域培育优势企业,形 成上下游紧密结合的碳纤维及其复合材料产业研 发、生产和应用的群体(条件成熟的可以以资产 为纽带强化合作,如日本东丽公司与戴姆勒.克雷 斯勒成立合作公司,生产汽车用碳纤维复合材料 部件),以实现资源配置的最优化,提升碳纤维及 其复合材料产业的核心竞争力 。 4.4建立评价和认证机构 现在国内不少企业能够生产相当于T-300的 碳纤维,有的已开发相当于T-700甚至T-800的 碳纤维产品,但在实际应用时大都存在质量问题, 严重影响了碳纤维及其复合材料的应用。据了 解,我国目前碳纤维产品与国外同类产品的差距 在于质量稳定性差,我国还没有解决碳纤维稳定 生产的问题;还没有形成对碳纤维、碳纤维复合材 料及其下游产品的质量监管体系和制度,没有统 一的标准和产品评价,也没有权威机构负责质量 监管、质量评价和产品认证工作,这不利于我国碳 纤维及其复合材料产业发展。 对此,建议设立国家级或地区性的碳纤维及 其复合材料评价、认证机构,其主要职责是建立健 全碳纤维、碳纤维复合材料及其下游产品的质量 监管体系和相关制度,建立国家级碳纤维及其复 合材料的评价和认证机构,制订国家标准,统一管 理进行质量评价,负责碳纤维及其复合材料在航 空航天、汽车、船舶、新能源制造业、石油勘探等重 点领域应用的质量认证,协助用户确保产品的可 靠性、安全性和高质量以及对环境的保护和生产 成本的控制。 随着我国国民经济的发展,碳纤维需求量将 与日俱增,是在较长时问内可持续发展的战略性 新材料。随着碳纤维在国家政策、产业化、应用开 发方面的逐步完善,将会迎来我国碳纤维的快速 发展期。所以,碳纤维工业的增长潜力巨大,应进 行长期技术及市场开发。 参考文献 [1]常量,张建飞.碳纤维复合材料在航空领域应用初探[C]// 机械电子工程技术与应用研讨会,广州:2010. [2]赵稼祥.碳纤维及其复合材料的应用发展与启示[c]//成 都:高性能纤维会议,2011. [3]贺福.碳纤维及石墨纤维[M].北京:化学工业出版社. 2010:8—11. [4]杨莹,编译.碳纤维制造:大量投资与项目[J].玻璃钢, 2012(3):44—48. [5]蔡金刚.碳纤维及复合材料发展情况[J].玻璃钢/复合材 料,2012(2):89—93. [6]侯培民.我国高性能碳纤维产业化发展[J].合成纤维工 业,2009,32(1):4O一43. [7] 王鹏,邹琥,陈曦,等.碳纤维的研究和生产现状[c]//高 技术纤维及其面料开发应用论坛,金华:2010. [8]上官倩芡,蔡泖华,碳纤维及其复合材料的发展及应用 [J].上海师范大学学报:自然科学版,2008,37(3):275. [9] 张家杰.国内外碳纤维生产现状及发展趋势[J].化工技术 经济,2005,23(4):l2. [1O]赵稼祥.世界碳纤维发展及前景[J].化工新材料,2012 (8):13—16. [11]冯丽,闻艳萍.我国碳纤维的发展现状及建议[J].纺织科技 进展,2012(1):5—8,31. [12]余黎明.我国碳纤维行业现状和发展趋势分析[J].新材料 产业,2011(6):13—21. [13]贺福,孙微.我国碳纤维工业由普及到提高的攻坚势在必行 [J].高科技纤维与应用,2011,36(4):7—11,24. 第2期 戎光道.我国碳纤维产业发展现状及建议 45 Development status and suggestion on China carbon fiber industry Rong Guangdao (SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.,Ltd,Shanghai 2005 ̄) Abstract:The production and consumption situation of carbon fiber were reviewed in China and abroad.Carbon fiber industry typically comprised large-tow carbon fiber production in America and regulr-taow carbon fiber production in Japan.The consump- tion of carbon ifber dominantly located in North America,Europe and Asia(Japan)in the ifelds of aerospace,national defense, industy,sports and leirsure.The slow development of China carbon fiber industy can notr satisfy the growing consumption both in product varieties and quality.The development of novel carbon fiber materials was described in details in Shanghai Petrochemical Company Limited,who cooperates with scientiifc and research insitutes and integrates the technologyical resources in industry,U— niversities and research institutions.Some suggestion was proposed on the development of China carbon fiber industry.It was pointed out that in order to stimulate the comprehensive development of China carbon fiber industry,the whole development plan of China carbon fiber industry be drawn as soon as possible key industry bases be built,the regional cooperation superiority be developed,national or regional evaluation and certiifcate authorities for carbon fibers and their composite material be established. Key words:carbon fiber;polyacrylonitrile-based carbon fiber;production status;consumption;development ..I国内外动态 日本东丽公司开发出全球最细纤维 日本东丽公司2013年1月29日宣布,已开发出直径 仅150 am的全球最细纤维(纳米纤维)。该纤维是属于 长纤维范畴的聚酯纳米纤维,直径仅为普通衣料纤维的 1/100。之前最细的纳米纤维直径为300 nm。该纳米纤 维用于生产纺织品,可增大纺织品表面积,从而增加吸汗 量。该纤维有望应用于高性能服装和过滤材料。目前, 东丽公司正在向服装和空调等厂商供应样品,以开拓更 多用途领域。 (通讯员崔小明) 与此同时,苯原料和辅助材料的价格也已大幅上涨。 宇部工业同时还将停止酒井工厂内的己内酰胺衍生 物的生产。该工厂内计划拆除的装置包括100 kt/a的己 内酰胺装置、200 kt/a的氨装置、160 kt/a的硫酸铵装置、 99 kt/a的液态二氧化碳装置和5 kt/a的1,6-己二醇 装置。 (通讯员庞晓华) 上海石化成功开发吸湿改性聚酯新品 2013年2月,一种吸湿快干性能良好的新型聚酯切 片在中国石化上海石化研制成功,填补了国内吸湿改性 聚酯生产技术和产品的空白。目前,已生产吸湿型聚酯 切片超过1 239 t,创造了良好的经济效益和社会效益。 (通讯员钱伯章) 天津建设聚酯回收再利用项目 中国远载火箭技术研究院2013年1月18 Et宣布,其 属下北京航天万源科技公司计划投资3.8亿元,在天津 武汉纺织大学成功开发海藻酸纤维 武汉纺织大学科研人员经过8年努力,于2012年12 月掌握了从海藻中提取功能性海藻酸纤维的关键技术。 开发区建设聚酯回收再利用项目。该项目每年可回收矿 泉水、可乐瓶等聚酯瓶50 kt,制造可多次循环再利用的食 品级聚酯瓶。相当于每年可减少300 kt的石油消费、150 这一技术打破了国外垄断,获得8项国家发明专利。 2004年以来,武汉纺织大学大量筛选适用于纺丝用 kt的CO2排放。 (通讯员王德诚) 的海藻酸原料,开发出性能良好的功能性海藻酸纤维,并 自主研发设计了国内首条适用于海藻类纤维规模化生产 日本字部计划永久性关停己内酰胺生产装置 日本宇部工业公司2013年2月表示,公司将在2014 年3月份前永久性停止位于日本酒井的己内酰胺生产。 的湿法生产线,纺丝能力达500 t/a。 这一技术所用海藻来自海洋纯天然材料,以纯水作 为溶剂,生产过程和产品使用中都不会造成环境污染。 与普通纤维材料相比,其吸湿性、阻燃性和抗菌性优势明 显。此外,海藻酸纤维具有金属离子吸附性、染色性好等 特性。 (通讯员郑宁来) 宇部工业表示,受经济低迷的影响,己内酰胺的需求增速 已经变弱,而且宇部工业的市场份额已经受到新进生产 商和现有生产商扩能的严重侵蚀,尤其是中国的生产商。 

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