世界聚丙烯腈基碳纖維工業(yè)現(xiàn)狀

世界聚丙烯腈基碳纖維工業(yè)現(xiàn)狀

聚丙烯基碳纖維是由潘原絲加工而成的。通過(guò)預(yù)氧化、鈣化和石墨化工藝制備的碳質(zhì)量比達(dá)到92%以上的專用纖維材料。其具有高比強(qiáng)度、高比模量,十分優(yōu)良的耐高溫、抗蠕變、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐腐蝕等特性,密度僅為鋼的1/4,而比強(qiáng)度為鋼的10倍,是戰(zhàn)略性高技術(shù)纖維材料。一、國(guó)外碳纖維主要生產(chǎn)企業(yè)2008年世界碳纖維產(chǎn)能為68950t,其中小絲束為52850t;到2009年增加至80915t,其中小絲束為56415t。目前碳纖維工業(yè)化產(chǎn)品以PAN基碳纖維為代表,其力學(xué)性能最好,應(yīng)用領(lǐng)域最廣,占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%以上。目前,已經(jīng)開發(fā)出3大系列約30項(xiàng)品種,產(chǎn)量約40000t/年。日本東麗公司生產(chǎn)的碳纖維,無(wú)論質(zhì)量還是產(chǎn)量都居世界前列。該公司生產(chǎn)的T300抗拉強(qiáng)度達(dá)到3.5GPa,已成為世界公認(rèn)的通用級(jí)碳纖維。該公司研制成功的T1000,其抗拉強(qiáng)度為7.01GPa,是目前世界上性能最好的商業(yè)級(jí)碳纖維。目前世界各國(guó)發(fā)展的主要是PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維。世界PAN基碳纖維生產(chǎn)廠商主要有日本東麗公司(Toray)、東邦公司(Toho)、三菱人造絲(MitsubishiRayon),美國(guó)赫克塞爾(Hexcel)、阿莫科(Amoco)和卓爾泰克(Zoltek)等公司。瀝青基碳纖維主要生產(chǎn)廠商有日本三菱化學(xué)(MitsubishiChem)、吳羽(Kureha)、Donac與美國(guó)Amoco公司。PAN基碳纖維是當(dāng)今世界碳纖維發(fā)展的主流,占世界碳纖維市場(chǎng)的90%以上。全球只有美國(guó)Cytec公司和日本多家公司掌握了碳纖維生產(chǎn)的核心技術(shù),其中,日本東麗獨(dú)家掌握著世界最高端的生產(chǎn)技術(shù);全球碳纖維的制造商大都有日本公司的技術(shù)和資本背景;國(guó)際碳纖維市場(chǎng)為日、美企業(yè)所壟斷,日本企業(yè)占全球碳纖維產(chǎn)能的55%,美國(guó)企業(yè)占18%的市場(chǎng)份額,詳見圖1。其中,日本東麗、東邦、三菱3家公司就占有全球小絲束碳纖維的78.4%的份額。二、國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)我國(guó)PAN基碳纖維原絲與碳纖維幾乎同時(shí)起步,已有40年的歷史,其間曾設(shè)想從國(guó)外引進(jìn)原絲技術(shù)或與國(guó)外合作開發(fā),但未有進(jìn)展。吉林石化研究院、北京化工大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所等單位的科技工作者獨(dú)立自主開展了對(duì)原絲的共聚組分、結(jié)構(gòu)與性能、溶劑、紡絲工藝、油劑以及制造裝備等進(jìn)行了一系列研究,形成了以NaSCN(硫氫化鈉)水溶液、HNO據(jù)中國(guó)化纖工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì),截至2009年12月,國(guó)內(nèi)主要有10家企業(yè)從事PAN原絲生產(chǎn),形成24310t/年生產(chǎn)能力,3家企業(yè)正在建設(shè)生產(chǎn)線。其中大陸有9家生產(chǎn)單位,年生產(chǎn)能力為9310t,在建產(chǎn)能14000t/年;臺(tái)灣省有臺(tái)灣塑膠工業(yè)股份有限公司,產(chǎn)能為15000t/年。國(guó)內(nèi)主要有12家企業(yè)從事PAN碳化生產(chǎn),形成24310t/年生產(chǎn)能力,3家企業(yè)正在建設(shè)。其中大陸有11家生產(chǎn)單位,年生產(chǎn)能力為2925t,在建產(chǎn)能5100t/年;臺(tái)灣省有臺(tái)灣塑膠工業(yè)股份有限公司,產(chǎn)能為6150t/年。大陸企業(yè)主要有中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“中復(fù)神鷹”),其碳化產(chǎn)能最大,生產(chǎn)能力1220t/年;其次是威海拓展纖維有限公司(簡(jiǎn)稱“威海拓展”),生產(chǎn)能力1050t/年;中國(guó)石油吉林石化公司、中科院山西煤化所也形成了一定的生產(chǎn)能力。在技術(shù)裝備上,限于美國(guó)在碳纖維高溫爐上對(duì)中國(guó)的出口控制,國(guó)內(nèi)不少碳纖維生產(chǎn)企業(yè)自己設(shè)計(jì)開發(fā)預(yù)氧化爐及高、低溫炭化爐,而且國(guó)內(nèi)目前碳纖維生產(chǎn)最大的2家企業(yè)(中復(fù)神鷹及威海拓展)都具有成熟的機(jī)械裝備生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),這樣的基礎(chǔ)為設(shè)計(jì)、制造保密性要求很高的碳纖維生產(chǎn)裝備提供了非常好的先天優(yōu)勢(shì)。此外,鑒于國(guó)外碳纖維生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性及技術(shù)先進(jìn)性,國(guó)內(nèi)不少企業(yè)采用引進(jìn)的方法,典型代表有中國(guó)藍(lán)星集團(tuán)股份有限公司、西安康本材料有限公司、中鋼集團(tuán)江城碳纖維有限公司等。目前國(guó)內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)碳纖維氧化、炭化爐的有西安福瑞達(dá)科技發(fā)展有限公司,為中簡(jiǎn)科技發(fā)展有限公司提供了高溫碳化爐。三、中國(guó)碳工業(yè)的發(fā)展存在一些具體問題1.從能源領(lǐng)域使用碳纖的量世界各國(guó)和地區(qū)的應(yīng)用領(lǐng)域有所不同,美國(guó)應(yīng)用重點(diǎn)在航空航天,歐洲重點(diǎn)在工業(yè)應(yīng)用,亞洲偏重于體育休閑。目前國(guó)內(nèi)碳纖維在航空航天、體育休閑和工業(yè)應(yīng)用3大領(lǐng)域的用量比例分別是4%、67%和29%。其中,體育休閑占絕大多數(shù),在航天航空及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域,產(chǎn)品剛剛起步。從當(dāng)前發(fā)展情況來(lái)看,最富有前景的應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用,如汽車,應(yīng)用碳纖復(fù)合材料可以減輕質(zhì)量,節(jié)約能源,增加可靠性;風(fēng)力發(fā)電是能源領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的,其葉片使用碳纖維量可觀;用碳纖維加固、修復(fù)混凝土基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)是一項(xiàng)新技術(shù),市場(chǎng)前景十分廣闊。2.技術(shù)能力分析國(guó)內(nèi)與國(guó)際碳化單線能力比較:國(guó)際最大的單線能力為2200t/年,我國(guó)引進(jìn)生產(chǎn)線單線能力達(dá)到1000t/年,國(guó)產(chǎn)裝備單線能力達(dá)到350t/年,從規(guī)模效益上與國(guó)際沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)品與國(guó)外比,產(chǎn)品品種少,質(zhì)量不夠穩(wěn)定。T300級(jí)基本能達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo),軍工應(yīng)用成熟,民用市場(chǎng)逐漸開拓,但產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、成本方面尚有差距。T400級(jí)、M40J級(jí),國(guó)內(nèi)企業(yè)與研究院所聯(lián)合攻關(guān),已有小試基礎(chǔ)。T700級(jí)、T700以上級(jí)、M40J以上尚待開發(fā)。國(guó)內(nèi)與國(guó)際先進(jìn)水平相比,單位電耗、蒸汽用量、需水量均有很大差距,總體來(lái)說(shuō)就是能耗大、成本高、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力差。近年來(lái),我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批碳纖維生產(chǎn)廠家,但產(chǎn)品沒有統(tǒng)—的標(biāo)準(zhǔn),型號(hào)混亂,對(duì)用戶使用造成極大的困擾,同時(shí)也不利于企業(yè)本身的進(jìn)一步發(fā)展,亟待建立符合我國(guó)碳纖維技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化制備與應(yīng)用現(xiàn)狀的標(biāo)準(zhǔn)體系,以形成我國(guó)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的碳纖維產(chǎn)業(yè)體系,促使我國(guó)碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量水平不斷提高,滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防軍工不同領(lǐng)域?qū)?guó)產(chǎn)高性能碳纖維的需求。四、加大對(duì)重點(diǎn)企業(yè)的支持力度碳纖維是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)又是幼稚產(chǎn)業(yè),一定要把碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策導(dǎo)向的基點(diǎn)放在戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和起步產(chǎn)業(yè)的兩個(gè)層面上,繼續(xù)實(shí)施國(guó)債專項(xiàng),重點(diǎn)持續(xù)支持優(yōu)勢(shì)企業(yè),盡快提升技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用水平。具體而言:第一,重點(diǎn)扶植有核心技術(shù)、有自主創(chuàng)新能力的上下游產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)合的重點(diǎn)企業(yè)。目前我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了相對(duì)比較集中的6家企業(yè)。其專業(yè)化技術(shù)基礎(chǔ)雄厚,具有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),擁有一定的上下游產(chǎn)業(yè)鏈配套發(fā)展優(yōu)勢(shì),其中5家隸屬于國(guó)務(wù)院國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)企業(yè)或其控股企業(yè),1家為民營(yíng)企業(yè)。這些企業(yè)大部分承擔(dān)了國(guó)債和專項(xiàng)任務(wù),并有實(shí)實(shí)在在的市場(chǎng)銷售行為。這是我國(guó)發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)的骨干力量,也是參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng),打破國(guó)際“封鎖”的主力軍。從保證產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的角度出發(fā),應(yīng)著重加大對(duì)這些重點(diǎn)企業(yè)的支持力度。第二,設(shè)立專項(xiàng)資金持續(xù)支持碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,推動(dòng)我國(guó)整體高新技術(shù)產(chǎn)發(fā)展。從當(dāng)前國(guó)產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展來(lái)看,還需要解決諸多問題,單靠某一個(gè)研究院所或企業(yè)去突破不可能,要依靠多部門聯(lián)合攻關(guān)實(shí)施。因此,建議國(guó)家繼續(xù)設(shè)立國(guó)債專項(xiàng),持續(xù)對(duì)碳纖維發(fā)展加以支持,這不僅有利于推動(dòng)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且對(duì)以碳纖維為代表的我國(guó)整體高新技術(shù)纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展都具有重大意義。第三,建議考慮設(shè)立碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金。目前我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱情很高,但是有些企業(yè)和部門對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況缺乏真正的了解,不具備關(guān)鍵核心技術(shù)和專業(yè)人才。因此,成立碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金,重點(diǎn)扶植具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的企業(yè),變政府撥款、貼息等為股權(quán),這樣做有利于增加國(guó)家在上面所提的6家企業(yè)的話語(yǔ)權(quán),協(xié)調(diào)企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)相互促進(jìn),在目前有限的技術(shù)人才情況下尤為可貴。第四,我國(guó)碳纖維仍屬于幼稚產(chǎn)業(yè),應(yīng)重點(diǎn)加以保護(hù)。相比與國(guó)外成熟碳纖