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,而比強度為鋼的10倍,是戰(zhàn)略性高技術(shù)纖維材料。一、國外碳纖維主要生產(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項品種,產(chǎn)量約40000t/年。日本東麗公司生產(chǎn)的碳纖維,無論質(zhì)量還是產(chǎn)量都居世界前列。該公司生產(chǎn)的T300抗拉強度達(dá)到3.5GPa,已成為世界公認(rèn)的通用級碳纖維。該公司研制成功的T1000,其抗拉強度為7.01GPa,是目前世界上性能最好的商業(yè)級碳纖維。目前世界各國發(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,占世界碳纖維市場的90%以上。全球只有美國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;國際碳纖維市場為日、美企業(yè)所壟斷,日本企業(yè)占全球碳纖維產(chǎn)能的55%,美國企業(yè)占18%的市場份額,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、國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)我國PAN基碳纖維原絲與碳纖維幾乎同時起步,已有40年的歷史,其間曾設(shè)想從國外引進(jìn)原絲技術(shù)或與國外合作開發(fā),但未有進(jìn)展。吉林石化研究院、北京化工大學(xué)、中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所等單位的科技工作者獨立自主開展了對原絲的共聚組分、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)中國化纖工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,截至2009年12月,國內(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;臺灣省有臺灣塑膠工業(yè)股份有限公司,產(chǎn)能為15000t/年。國內(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;臺灣省有臺灣塑膠工業(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(簡稱“威海拓展”),生產(chǎn)能力1050t/年;中國石油吉林石化公司、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,限于美國在碳纖維高溫爐上對中國的出口控制,國內(nèi)不少碳纖維生產(chǎn)企業(yè)自己設(shè)計開發(fā)預(yù)氧化爐及高、低溫炭化爐,而且國內(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)都具有成熟的機械裝備生產(chǎn)經(jīng)驗,這樣的基礎(chǔ)為設(shè)計、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。此外,鑒于國外碳纖維生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性及技術(shù)先進(jìn)性,國內(nèi)不少企業(yè)采用引進(jìn)的方法,典型代表有中國藍(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,為中簡科技發(fā)展有限公司提供了高溫碳化爐。三、中國碳工業(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和地區(qū)的應(yīng)用領(lǐng)域有所不同,美國應(yīng)用重點在航空航天,歐洲重點在工業(yè)應(yīng)用,亞洲偏重于體育休閑。目前國內(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)是一項新技術(shù),市場前景十分廣闊。2.技術(shù)能力分析國內(nèi)與國際碳化單線能力比較:國際最大的單線能力為2200t/年,我國引進(jìn)生產(chǎn)線單線能力達(dá)到1000t/年,國產(chǎn)裝備單線能力達(dá)到350t/年,從規(guī)模效益上與國際沒有競爭優(yōu)勢。國內(nèi)碳纖維產(chǎn)品與國外比,產(chǎn)品品種少,質(zhì)量不夠穩(wěn)定。T300級基本能達(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、M40J級,國內(nèi)企業(yè)與研究院所聯(lián)合攻關(guān),已有小試基礎(chǔ)。T700級、T700以上級、M40J以上尚待開發(fā)。國內(nèi)與國際先進(jìn)水平相比,單位電耗、蒸汽用量、需水量均有很大差距,總體來說就是能耗大、成本高、國際競爭力差。近年來,我國碳纖維產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,國內(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),型號混亂,對用戶使用造成極大的困擾,同時也不利于企業(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,以形成我國具有國際競爭力的碳纖維產(chǎn)業(yè)體系,促使我國碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量水平不斷提高,滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工不同領(lǐng)域?qū)a(chǎn)高性能碳纖維的需求。四、加大對重點企業(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)向的基點放在戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)和起步產(chǎn)業(yè)的兩個層面上,繼續(xù)實施國債專項,重點持續(xù)支持優(yōu)勢企業(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)合的重點企業(yè)。目前我國碳纖維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了相對比較集中的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,其中5家隸屬于國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會企業(yè)或其控股企業(yè),1家為民營企業(yè)。這些企業(yè)大部分承擔(dān)了國債和專項任務(wù),并有實實在在的市場銷售行為。這是我國發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)的骨干力量,也是參與國際競爭,打破國際“封鎖”的主力軍。從保證產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定運行、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的角度出發(fā),應(yīng)著重加大對這些重點企業(yè)的支持力度。第二,設(shè)立專項資金持續(xù)支持碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,推動我國整體高新技術(shù)產(chǎn)發(fā)展。從當(dāng)前國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展來看,還需要解決諸多問題,單靠某一個研究院所或企業(yè)去突破不可能,要依靠多部門聯(lián)合攻關(guān)實施。因此,建議國家繼續(xù)設(shè)立國債專項,持續(xù)對碳纖維發(fā)展加以支持,這不僅有利于推動我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,而且對以碳纖維為代表的我國整體高新技術(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,重點扶植具有競爭優(yōu)勢的企業(yè),變政府撥款、貼息等為股權(quán),這樣做有利于增加國家在上面所提的6家企業(yè)的話語權(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,我國碳纖維仍屬于幼稚產(chǎn)業(yè),應(yīng)重點加以保護(hù)。相比與國外成熟碳纖