“如果用年齡來衡量碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成熟度，把日本看作是50歲，中國則是15歲。國產(chǎn)碳纖維要盡快度過‘青春期’，進(jìn)入成熟理性、高質(zhì)量發(fā)展的新階段。”日前在江蘇丹陽召開的中國碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新發(fā)展論壇暨2023年中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會碳纖維分會年會上，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長端小平形象地提出了這一觀點(diǎn)。
正處于“青春期”的國產(chǎn)碳纖維，或許正在經(jīng)歷一些“糾結(jié)”。
“少年”也曾笑逐顏開。從2020年下半年到2022年，價格持續(xù)上漲，產(chǎn)品供不應(yīng)求，行情一片火熱，產(chǎn)業(yè)迎來難得的“黃金機(jī)遇期”。
“少年”也曾意氣風(fēng)發(fā)。三年間，龍頭企業(yè)規(guī)模快速擴(kuò)張，行業(yè)產(chǎn)量、銷量均快速增長，行業(yè)實(shí)現(xiàn)整體盈利，有些項(xiàng)目甚至創(chuàng)造了“當(dāng)年投產(chǎn)當(dāng)年盈利”的行業(yè)“奇跡”。
目前的“少年”，卻正在煩惱。擺在眼前的現(xiàn)實(shí)情況是：產(chǎn)品供給增加，下游需求不及預(yù)期，今年前三季度，企業(yè)銷售收入雖然仍保持增長，但是凈利潤出現(xiàn)較大幅度下滑。
要想順利度過“青春期”，步入“成熟期”，國產(chǎn)碳纖維行業(yè)需要把握哪些關(guān)鍵點(diǎn)？
碳纖維是國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略性新興材料之一。經(jīng)過多年產(chǎn)業(yè)化，我國碳纖維行業(yè)已經(jīng)基本建成了產(chǎn)品和技術(shù)多元化、產(chǎn)業(yè)鏈配套齊全的技術(shù)體系，整體已步入國際先進(jìn)行列。
截至今年9月底，我國碳纖維總產(chǎn)能合計(jì)為117670噸。其中，吉林化纖集團(tuán)有限責(zé)任公司、中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司、浙江寶旌炭材料有限公司等龍頭企業(yè)的規(guī)模近幾年快速擴(kuò)大。
國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)司副司長曹傳貞指出：“目前，高性能碳纖維國產(chǎn)化取得了突破性進(jìn)展，涌現(xiàn)出一批具有較強(qiáng)競爭力的碳纖維生產(chǎn)及應(yīng)用重點(diǎn)企業(yè)，極大地促進(jìn)了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈整體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化水平的提升，為提升我國制造業(yè)核心競爭力，提高我國關(guān)鍵材料自主保障能力給予了重要支撐。”
“國產(chǎn)碳纖維現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入第二輪產(chǎn)業(yè)化建設(shè)末期。”北京化工大學(xué)教授徐樑華指出，“第一輪產(chǎn)業(yè)化解決了‘從無到有’的問題，陸續(xù)形成了產(chǎn)業(yè)化能力；在第二輪產(chǎn)業(yè)化階段，我國碳纖維產(chǎn)量已經(jīng)占據(jù)了全球的一半。第二輪產(chǎn)業(yè)化建設(shè)結(jié)束后，行業(yè)將進(jìn)入落實(shí)高質(zhì)量發(fā)展的新時期。”
江蘇恒神股份有限公司是龍頭企業(yè)之一，其碳纖維年產(chǎn)能為5000噸，織物和預(yù)浸料年產(chǎn)能為1500萬平方米，高性能樹脂年產(chǎn)能為1200噸，復(fù)合材料制件年產(chǎn)能為5000噸，實(shí)現(xiàn)了從HF10到HF40級各規(guī)格纖維的穩(wěn)定、批量生產(chǎn)和應(yīng)用。恒神股份董事長劉瑾表示：“過去三年，我們見證了碳纖維行業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力等方面取得的顯著進(jìn)步，也見證了碳纖維在眾多應(yīng)用領(lǐng)域大放異彩。無論是在航空航天、汽車輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用突破，還是在風(fēng)力發(fā)電、光伏、氫能源等領(lǐng)域的發(fā)展，抑或是在智能制造等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，碳纖維都以獨(dú)特的性能和潛力為我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了有力保障。”
不過，一邊是我國碳纖維產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速增長，另一邊卻是我國仍需要進(jìn)口碳纖維。一些事關(guān)產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的深層次問題必須重視。
徐樑華指出，我國碳纖維企業(yè)與國際對標(biāo)企業(yè)的綜合實(shí)力差距仍然明顯，這體現(xiàn)在：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可控性亟待提高，包含工藝控制、工藝改良、質(zhì)量保障幾個方面；“不好用、用不好、用不起”問題改善并不明顯；專業(yè)人才仍然匱乏；產(chǎn)業(yè)鏈自主可控性尚未完全建立，在關(guān)鍵裝備、關(guān)鍵原材料等方面差距明顯。尤其是國防高端裝備用PAN碳纖維主要采用二甲基亞砜法（DMSO）工藝生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量的波動不容忽視。
“在2019年之前，多數(shù)碳纖維企業(yè)都在賠錢，但從2020年起大家都開始掙錢。幾年來，大家都忙著掙錢，卻沒有更多精力進(jìn)行工藝細(xì)節(jié)的精雕細(xì)琢，這必須得重視。這就好比一個人，不能只看身高，還要看其體質(zhì)和氣質(zhì)。”徐樑華說。
安徽贏碳新材料科技有限公司副總經(jīng)理陳宇航介紹，今年前三季度，國產(chǎn)碳纖維銷售量約為3萬噸。受體育用品、風(fēng)電兩個主要需求領(lǐng)域用量下滑影響，今年全年，預(yù)計(jì)我國碳纖維需求量有所下降，其中，國產(chǎn)碳纖維的用量占比將在70%左右。他建議，企業(yè)可以探索擴(kuò)大產(chǎn)品出口比例，更多地參與國際競爭。
端小平強(qiáng)調(diào)：“過去30多年，常規(guī)纖維行業(yè)經(jīng)歷了四輪發(fā)展周期。碳纖維行業(yè)要思考，如何避免落入常規(guī)纖維的‘發(fā)展陷阱’，如何跳出常規(guī)纖維發(fā)展的興衰周期。碳纖維是‘奢侈品’，不能賣超市價。而碳纖維能否‘跳出常規(guī)纖維的興衰周期’，需要依靠大家的智慧。”
高強(qiáng)度和高模量，一直是衡量碳纖維技術(shù)發(fā)展水平的重要指標(biāo)。一直以來，國產(chǎn)碳纖維龍頭企業(yè)在做好核心產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，始終致力于投入大量人力、物力和財(cái)力，攻關(guān)更高強(qiáng)度、更高模量的高性能碳纖維制備技術(shù)，作為技術(shù)儲備，并推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化。
現(xiàn)階段，對于超高性能碳纖維的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)擺在國產(chǎn)碳纖維企業(yè)面前。
恒神股份碳纖維研發(fā)總監(jiān)張淑斌介紹，PAN基超高性能碳纖維具有超高強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度在6000MPa以上。瀝青基超高性能碳纖維則具有超高模量，拉伸模量在600GPa以上。
“超高性能碳纖維的特點(diǎn)是：產(chǎn)量少，附加值高，應(yīng)用領(lǐng)域集中；技術(shù)門檻高，制備難度大；象征意義重大。”張淑斌介紹，超高強(qiáng)度碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域包括：超輕量化結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，如航天等對減重有極致需求；薄壁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，如超薄材料；容器結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，如貯箱類、壓力容器類結(jié)構(gòu)。
以T1100為例，它是近10年最高強(qiáng)度的碳纖維產(chǎn)品。10年間，日本企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的T1100已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域和高端體育休閑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。
今年10月底，日本企業(yè)又正式發(fā)布了T1200超高強(qiáng)度碳纖維，其拉伸強(qiáng)度為8GPa，拉伸模量為315GPa，斷裂伸長率為2.5%，潛在應(yīng)用市場包括高端體育休閑、航空航天。
記者了解到，我國已經(jīng)研發(fā)出T1100的企業(yè)包括光威復(fù)材、中復(fù)神鷹和江蘇恒神。目前，企業(yè)開始進(jìn)行工程化生產(chǎn)制備和應(yīng)用驗(yàn)證。
張淑斌介紹，實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度碳纖維的技術(shù)路徑包括纖維的細(xì)旦化、原絲的致密化和超高分子量聚合物。其中，細(xì)旦化可消除或減緩原絲、預(yù)氧絲和碳纖維的皮芯結(jié)構(gòu)。根據(jù)體積效應(yīng)，纖維直徑越小，單位體積內(nèi)纖維存在的缺陷就越少，大缺陷形成的概率就越小，從而有利于提高碳纖維強(qiáng)度。以體密度衡量的原絲和碳纖維的致密化程度越高，纖維內(nèi)部的非晶區(qū)和缺陷數(shù)量就越少，晶區(qū)趨向性就更好，也有利于提高纖維強(qiáng)度。
“我們探索超高性能碳纖維，其實(shí)目標(biāo)并不是指一兩款具體產(chǎn)品，而是要探索，在當(dāng)前的工藝技術(shù)路線下，纖維能夠達(dá)到的極限是多少，理論極限和實(shí)際工程上可以達(dá)到的極限是多少等。在這個探索過程中，我們可能會定型幾款產(chǎn)品。”張淑斌說。
雖然我國龍頭企業(yè)已經(jīng)突破了T1100的制備技術(shù)，但也要清醒地認(rèn)識到，我們與國際碳纖維強(qiáng)企之間仍然存在很大差距。
一家碳纖維龍頭企業(yè)的負(fù)責(zé)人向記者表示：“當(dāng)我們的T300遲遲沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化時，日本企業(yè)早在上世紀(jì)80年代就研發(fā)出T800。當(dāng)我們這幾年研發(fā)出T1100時，日本企業(yè)近10年已經(jīng)使T1100實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。而且，日本企業(yè)很注意技術(shù)儲備，并不是一下子就會對外公布最新研發(fā)成果。比如，此前當(dāng)我們公布研發(fā)出T800時，日本企業(yè)公布了已經(jīng)研發(fā)出T1100；當(dāng)我們公布研發(fā)出M40系列時，日本企業(yè)公布了已經(jīng)研發(fā)出M65J、M75J。他們常常會把最新的技術(shù)‘藏著掖著’。”
“如果說碳纖維是整個高技術(shù)行業(yè)的‘皇冠’，那么超高性能碳纖維是‘皇冠上的明珠’，是對碳纖維材料研發(fā)和制備技術(shù)實(shí)力最集中、最突出、最直接的體現(xiàn)。”張淑斌表示，“國產(chǎn)碳纖維長期處于跟隨者的地位，超高性能碳纖維領(lǐng)域是改變這一地位的最佳突破點(diǎn)之一。在當(dāng)前的工藝路線下，對于碳纖維強(qiáng)度極限的探索將是大家共同的目標(biāo)。”
“追高”當(dāng)然是永恒的目標(biāo)，但也并不意味著要一味“追高”。
“從國際市場上看，能把已有型號的材料性能用到極致，也是一種成功，最新產(chǎn)品也未必就一定要把上一代產(chǎn)品完全替代。所以，企業(yè)未必一味要追求最高、最新，畢竟研發(fā)要付出巨大代價，還是要依據(jù)實(shí)際情況，量力而行。”上述負(fù)責(zé)人說。
面對復(fù)雜多變的國際局勢，下一階段，國產(chǎn)碳纖維迫切需要構(gòu)建起“具有中國特色的碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系”，全面實(shí)現(xiàn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的自主可控。
曹傳貞指出：“我國要進(jìn)一步加強(qiáng)碳纖維及復(fù)合材料自主研發(fā)，著力推動碳纖維產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造，補(bǔ)短板鍛長板，構(gòu)建具有中國特色的碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和全產(chǎn)業(yè)鏈智能制造優(yōu)勢。”
這其中的關(guān)鍵，便是要提升國產(chǎn)碳纖維的技術(shù)成熟度。
“通過這幾年的快速發(fā)展，行業(yè)的整體勢頭起來了。在接下來的高質(zhì)量發(fā)展階段，如何提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度是一個回避不了的關(guān)鍵，也是產(chǎn)業(yè)必須要走的一條路。企業(yè)基于高技術(shù)成熟度生產(chǎn)的碳纖維，才可以讓用戶敢用、放心用。只有這樣，企業(yè)產(chǎn)品的市場接受度才會提高，也有利于企業(yè)真正實(shí)現(xiàn)降成本，更好地拓展市場。”徐樑華說。
徐樑華進(jìn)一步介紹，行業(yè)要從團(tuán)隊(duì)成員意識提高開始，借助產(chǎn)品性能質(zhì)量的科學(xué)全面評價體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可控可調(diào)、應(yīng)用普適性和應(yīng)用工藝性能的穩(wěn)定。具體來看，提升國產(chǎn)碳纖維技術(shù)成熟度，包含以下幾個要素。
一是團(tuán)隊(duì)水平。“這主要是指帶頭人的意識，帶頭人要充分意識到技術(shù)成熟度的重要性。生產(chǎn)企業(yè)與下游應(yīng)用單位對碳纖維質(zhì)量的反映往往不同，二者傳遞出的信息常常是矛盾的，這主要就是因?yàn)槠髽I(yè)沒有把握好產(chǎn)品的質(zhì)量一致性，生產(chǎn)單位對碳纖維性能的把握不夠精準(zhǔn)。比如，國產(chǎn)T800S的強(qiáng)度可以做到6000GPa-6500GPa，而日本企業(yè)同款產(chǎn)品的強(qiáng)度一直穩(wěn)定在5500GPa-5600GPa。”徐樑華強(qiáng)調(diào)，我國碳纖維企業(yè)不要總盯著產(chǎn)品的強(qiáng)度做得比對標(biāo)企業(yè)更高，關(guān)鍵還在于，要提高產(chǎn)品指標(biāo)穩(wěn)定性，在對標(biāo)的基礎(chǔ)上把成本降下來。
二是工藝包質(zhì)量，包括工藝窗口合理性、工藝迎合新的評價體系，以及輔料助劑的可控配套。比如，要關(guān)注碳纖維毛絲、起毛、集束/分散性、展寬性、浸潤性、表截面形貌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強(qiáng)度等性能利用率。
三是裝備能力。行業(yè)和企業(yè)要提升裝備的工藝適應(yīng)性水平，具備對裝備進(jìn)行二次改造的能力；工藝參數(shù)要可控；要關(guān)注裝備利用效率與節(jié)能效果，包括單線產(chǎn)能發(fā)揮率、產(chǎn)量能耗水平；要關(guān)注裝備的運(yùn)維成本；還要關(guān)注裝備安裝與運(yùn)行水平。
以對裝備的二次改造能力為例，徐樑華指出：“企業(yè)必須具備這種能力，買來的裝備一定要根據(jù)自身的工藝特點(diǎn)進(jìn)行改造。如果改造不了，工藝就必須去迎合裝備，企業(yè)的技術(shù)成熟度就提升不了。只有具備這種能力，企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)裝置工藝參數(shù)的可調(diào)性。”
此外，行業(yè)還要形成完善、科學(xué)、合理的碳纖維質(zhì)量評價體系，不同原絲體系要建立相應(yīng)的技術(shù)成熟度提升策略。
“我國碳纖維要真正形成具有中國特色的產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度，實(shí)現(xiàn)自主可控，包括技術(shù)人員與帶頭人、生產(chǎn)技術(shù)、碳纖維制備主/輔料、生產(chǎn)裝備、裝備控制與裝備用關(guān)鍵材料幾個方面的自主可控。”徐樑華強(qiáng)調(diào)，“現(xiàn)在已經(jīng)到了必須重視提升我國碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度的時候。不過要注意，要想提升技術(shù)成熟度，不能只靠碳纖維企業(yè)自己，還要跟應(yīng)用領(lǐng)域建立良好關(guān)系，注重在應(yīng)用中不斷提升；還要注意，碳纖維具有‘雙高’特征，唯有實(shí)現(xiàn)高端應(yīng)用才是其價值所在。”
中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會會長陳新偉建議：企業(yè)要練好內(nèi)功，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量的穩(wěn)定性，并做好產(chǎn)品差異化，這樣客戶黏性提高，市場就會隨之而來；要做好服務(wù)，通過產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合探索、開發(fā)新產(chǎn)品或是迭代產(chǎn)品，拓展新應(yīng)用場景，并為下游用戶提供更為專業(yè)的應(yīng)用解決方案，幫他們解決實(shí)際問題；要保持碳纖維高性能的屬性，在應(yīng)用中體現(xiàn)其應(yīng)有的價值，“讓其完全替代某些性價比更高的產(chǎn)品并不現(xiàn)實(shí)。”
曹傳貞表示：“國家發(fā)展改革委產(chǎn)業(yè)司將一如既往地支持碳纖維等新材料發(fā)展：一是推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)裝備聯(lián)合攻關(guān)；二是支持龍頭企業(yè)做實(shí)做優(yōu)做強(qiáng)；三是統(tǒng)籌推進(jìn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。我們要強(qiáng)化碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的統(tǒng)籌謀劃和指導(dǎo)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，完善技術(shù)體系，推進(jìn)協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)量的合理增長和質(zhì)的穩(wěn)步提升。”
“大家要注意，任何創(chuàng)新和突破都必須有理論基礎(chǔ)，否則，我們將會重走發(fā)展初期的老路，即邊學(xué)邊干，邊干邊改。如果是這樣，就不會取得跨越式的技術(shù)進(jìn)步；還要注意，更輕更強(qiáng)的性能，更低的成本，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游齊心協(xié)力謀發(fā)展。”端小平建議，企業(yè)要不斷開拓新應(yīng)用場景，要探討如何實(shí)現(xiàn)“更輕更強(qiáng)更低”，實(shí)現(xiàn)“更精更穩(wěn)更安全”的發(fā)展目標(biāo)。
文章來源：中國紡織報(bào)
