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文檔簡介
碳纖維產(chǎn)業(yè)
發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢探討
由碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈看中國碳纖維突圍之道
從碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈來看,碳纖維的市場前景被全球材
料界普遍看好,每一步的發(fā)展都備受矚目。然而,我
國碳纖維上市公司幾乎全部虧損,新材料之王的光環(huán)
正在消退。是什么原因?qū)е铝宋覈祭w維企業(yè)現(xiàn)在的
困境?我國碳纖維產(chǎn)業(yè)又面臨哪些挑戰(zhàn),存在什么問
題?應該采取什么樣的突圍方式?以期幫助我國碳纖
維企業(yè)突出重圍。一、碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈
碳纖維是含碳量在90%以上的無機高分子纖維,具有高強
度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導熱和導電等多種
優(yōu)異的性能。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈主要包括原絲、碳纖維、中間材
料、復合材料和下游應用五個環(huán)節(jié)。
碳纖維的應用領域主要是航空航天、工業(yè)應用和體育休閑
三大塊。從全球來看,碳纖維在一般工業(yè)應用需求占比達
61%,航空航天約為22%,體育休閑僅17%。碳纖維國際市
場被日、美企業(yè)所壟斷,近幾年,土耳其、韓國和沙特和我
國等新興國家碳纖維產(chǎn)業(yè)正在崛起。二、我國碳纖維產(chǎn)業(yè)面臨挑戰(zhàn)和存在問題
(一)面臨挑戰(zhàn)
由于碳纖維復合材料應用領域的特殊性,國外對高性能碳纖維技術與高端
工藝裝備實施壟斷封鎖,低端碳纖維產(chǎn)品向我國傾銷。日本等國外大型企業(yè)
占據(jù)全球95%以上碳纖維市場,并利用其技術和規(guī)模優(yōu)勢壓低價格,導致國
內(nèi)企業(yè)被迫降價。我國穩(wěn)定生產(chǎn)一個級別的碳纖維后,國外企業(yè)的價格就大
幅下降一次。受國外低價傾銷和惡意競銷的影響,加上我國碳纖維企業(yè)小
而散的狀態(tài),質(zhì)量尚不太穩(wěn)定,而且生產(chǎn)成本高于進口同類產(chǎn)品價格,全行
業(yè)呈虧損狀態(tài)。
上游碳纖維價格大的波動,對下游復合材料企業(yè)成本影響很大,制約了我
國碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。此外,隨著土耳其、韓國、俄羅斯、印
度和沙特等國家碳纖維項目的陸續(xù)投產(chǎn),并且隨著國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能的逐步釋
放,碳纖維市場競爭將更加殘酷。(二)存在問題
我國碳纖維行業(yè)存在自主創(chuàng)新能力不強、關鍵技術落后、復合材料產(chǎn)業(yè)薄弱和市場應用開發(fā)滯后等問題。碳纖維行業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)與應用相互脫節(jié),產(chǎn)業(yè)鏈不暢通是制約我國碳纖維行業(yè)健康發(fā)展的一大瓶頸。
1、上游碳纖維缺乏核心技術
近年來,我國碳纖維企業(yè)由幾十家迅速膨脹到三四十家,低水平重復建設現(xiàn)象普遍,產(chǎn)業(yè)集中度低,無法與國際碳纖維企業(yè)巨頭相抗衡。上游碳纖維企業(yè)片面強調(diào)規(guī)模擴張,而忽視技術研發(fā),尚未形成關鍵技術協(xié)同攻關、工藝問題共同突破的合作機制。碳纖維技術被日本、美國等專利覆蓋,我國企業(yè)缺乏核心自主知識產(chǎn)權的技術支撐,尚未全面掌握完整的碳纖維核心關鍵技術。
原絲是生產(chǎn)碳纖維的關鍵,而我國原絲水平落后,絕大多數(shù)碳纖維企業(yè)采用的是二甲基亞砜原絲技術,質(zhì)量尚未過關,其他原絲技術發(fā)展相對滯后,加劇了技術同質(zhì)化的低效競爭。我國碳纖維性能不高、產(chǎn)品穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本居高不下,高性能纖維一些關鍵問題還沒有完全突破。此外,碳纖維設備生產(chǎn)技術幾乎被國外壟斷,且嚴格限制對我國出口。而我國機械制造業(yè)落后,碳化爐等關鍵設備研發(fā)滯后。因此,提高碳纖維企業(yè)的技術水平是當務之急。2、中游復合材料產(chǎn)業(yè)薄弱
無論是在技術水平還是產(chǎn)量方面,與國際先進水平相比,我國碳纖維復合
材料都存在一定差距。日本、德國、美國等少數(shù)發(fā)達國家掌握了每平方米70
克至75克標準的碳纖維預浸料生產(chǎn)技術,而我國還不能生產(chǎn)每平方米低于80
克的碳纖維預浸料,高端碳纖維預浸料主要依靠進口。碳纖維復合材料的樹
脂材料以及后端的加工和設備,則完全由美國公司壟斷。我國高性能復合材
料整體上尚處于起步階段,層合固化工藝及裝備還相當落后,很多先進的設
備還必須依賴進口,制約了我國碳纖維復合材料的發(fā)展。
3、下游市場需求疲軟
碳纖維復合材料應用對國產(chǎn)碳纖維的牽引效應不足,特別是工業(yè)領域用碳纖
維需求不足,這嚴重制約了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和質(zhì)量。我國從事碳
纖維復合材料制品研制和生產(chǎn),以及設備制造的廠家有百余家。其中大多是
生產(chǎn)體育休閑用品,原因在于這些領域?qū)μ祭w維的性能要求不高,不需要長
時間的材料認證和成品實驗,門檻較低。三、我國碳纖維發(fā)展
我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于關鍵時期,面對國外行業(yè)巨頭的打壓,應積極
探索適合自身發(fā)展的道路。通過實施市場保護制度,加強碳纖維生產(chǎn)企業(yè)間以
及上下游企業(yè)間和科研單位之間的聯(lián)系與合作,推進研發(fā)、生產(chǎn)、應用一體
化,以碳纖維應用帶動上游發(fā)展,推動我國碳纖維產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
(一)實施市場保護制度
作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),碳纖維產(chǎn)業(yè)不應該與成熟產(chǎn)業(yè)保持相同的開放程
度。將其納入開放的國際環(huán)境中,國外優(yōu)勢企業(yè)產(chǎn)品的大量涌入制約了我國碳
纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國享受在一些發(fā)展水平較低的戰(zhàn)略性部門實施一定的貿(mào)易
保護的特權,因此,要積極制定戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)市場保護制度。在我國碳纖維
產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平不高,也不具備世界競爭力的情況下,面對國外行業(yè)巨頭的打
壓,通過實施市場保護制度推動碳纖維等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。(二)促進產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)發(fā)展
國外碳纖維生產(chǎn)企業(yè)與航空航天、汽車工業(yè)等碳纖維應用企業(yè)建立了良好的合作關系,建立了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。例如,日本碳纖維企業(yè)與美國波音公司和法國空客公司合作,在波音B787和空客A380飛機上大量使用碳纖維復合材料。上游原絲直接影響碳纖維的質(zhì)量和成本,下游應用需求將推動碳纖維的發(fā)展,因此,要從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度來發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè),提高自主創(chuàng)新能力和開發(fā)能力,形成大型企業(yè)集團,構筑從原絲、碳纖維、中間材料至復合材料的全套產(chǎn)業(yè)鏈,以實現(xiàn)利潤最大化。
1、積極培育碳纖維生產(chǎn)
建立市場導向的技術創(chuàng)新機制,圍繞航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械、體育休閑等重點領域。加大技術創(chuàng)新扶持力度,突破和掌握關鍵核心共性技術,促進技術成果產(chǎn)業(yè)化。
一是建立以企業(yè)為主體,高等院校和科研院所共同參與的創(chuàng)新體系,不斷提高企業(yè)自主創(chuàng)新意識,并把建設創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略目標;
二是突破制約碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵技術和設備瓶頸。提高碳纖維原絲生產(chǎn)技術,發(fā)展兩種或兩種以上的碳纖維原絲制備工藝,形成多元化技術體系,為生產(chǎn)高性能碳纖維提供保證。降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)業(yè)化水平;
三是加強與國外交流,尋找與國外發(fā)達國家合作的突破口,促進我國碳纖維產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展;
四是加強人才引進和科技合作,以多種形式吸引國內(nèi)外人才,為行業(yè)康發(fā)展提供支撐。
2、壯大復合材料產(chǎn)業(yè)
立足于服務碳纖維,開發(fā)出適合我國碳纖維的預浸料,并以預浸料帶動碳纖維的銷售。積極開發(fā)碳纖維復合材料低成本制備技術,開展復合材料制造技術先進化,材料高性能化、多功能化和應用擴大化研究。針對碳纖維在國防軍工和航空航天等領域?qū)Ω咝阅芴祭w維復合材料的要求,此外,積極培育具有競爭力的骨干企業(yè),鼓勵以大型復合材料生產(chǎn)企業(yè)為龍頭,開展跨地區(qū)、跨所有制的聯(lián)合重組,培育若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),提高行業(yè)競爭力。
3、開拓下游應用領域
由于碳纖維及其復合材料的生產(chǎn)成本較高而限制了其使用范圍。因此,應通過積極降低成本來開拓和培育下游應用市場。
針對碳纖維及其復合材料在大飛機制造、航天工程、國防軍工等高端領域應用,積極發(fā)展高性能碳纖維及其復合材料;瞄準工業(yè)領域這個巨大的市場,著力發(fā)展通用級碳纖維產(chǎn)品,并通過降低成本和提升產(chǎn)品性能來增強自身的競爭力,推進其在工業(yè)領域的應用;體育用品是碳纖維長期需求的領域,面對普通體育用品等低價產(chǎn)品市場的競爭激烈,應不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)。在國民經(jīng)濟重點領域形成巨大的碳纖維復合材料市場,建立起完整的碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈。
碳纖維如何生產(chǎn)制品?
A、原材料
1、碳纖維
2、樹脂
3、其它
B、設備:機臺、模具、治具
1、安全
2、水、電、氣、油
3、成本
4、其它
C、SEA社會責任
1、ISO體系:90001(質(zhì)量管理體系認證)
2、14001(環(huán)境管理體系)
3、OHSAS歐薩18001(職業(yè)健康安全管理體系)
4、EPC(設計-采購-建設模式)
5、EMC(合同能源管理體系)
D、現(xiàn)金流量A、原材料原物料
碳纖維離型紙
樹脂PE模
其它
1、碳纖維:
一、納米碳纖維(Carbon
Nanofibers
簡稱CNF)
二、瀝青基碳纖維
三、活性碳纖維
四、國外碳纖維
一、納米碳纖維(Carbon
Nanofibers
簡稱CNF)
是化學氣象生長碳纖維的一種形式,是由通過裂解氣相碳氫化合物制備的非連續(xù)石墨纖維。
納米碳纖維的性能
性能熱處理前熱處理后
抗拉強度(GPa)2.77.0
抗拉模量(GPa)400600
斷裂應變(%)1.50.5
密度(g/C㎡)1.82.1
電阻率(Ω-cm)100055
熱導率(W/m-K)201950(1)制備
制備納米碳纖維有三種主要方法以及特性:
(1.1)基體法
在陶瓷或石墨基體上散布納米級催化劑,高溫下通入烴類氣體熱解后析出納米碳纖維。
基體法本以制備高純納米碳纖維,但納米級催化劑顆粒的制備困難,一般顆粒直徑較大較難制備細直的納米碳纖而且難以實現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。
(1.2)噴淋法
將催化劑混入苯等有機溶劑,然后噴淋到高溫反應室中,制備出納米碳纖維。
噴淋法可實現(xiàn)催化劑連續(xù)噴入,為工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)提供了可能。但噴淋法在噴淋過程中催化劑分布不均勻,且很少達到納米級,因此該法生產(chǎn)的納米碳纖維比例很小,且存在一定的碳黑。
(1.3)氣相流動催化法
利用此方法可制備出直徑為50~200
nm的納米碳纖維。其主要的特征是:催化劑并不附著在基體上,也不像噴淋法那樣將催化劑前i%體分散在碳源溶液中,而是直接加熱催化劑前驅(qū)體,使其以氣休形式同烴類氣體一起引人反應室,經(jīng)過不同溫度區(qū)完成催化劑和烴類氣體的分解,分解的催化劑原子逐漸聚集成納米級顆粒,熱解生成的碳在納米級催化劑顆粒上生成納米碳纖維。氣相流動催化法可以連續(xù)生產(chǎn),單位時間內(nèi)產(chǎn)量最大目前利用該法已實現(xiàn)大量生產(chǎn)納米碳纖維是三個方法中最可取的一個方法。(2)應用
納米碳纖維目前主要應用領域有:
(
2.1)增加電阻率時附加劑:
(1)很多情況下要求消散靜電,一個火花可能會引起一場火災,如少量加入納米碳纖維就可以解決靜電消散問題。
(2)對于面板類的靜電噴漆,則要求電阻率達到104-106ohm-cm加入少于3%納米碳纖維就可以達到這一要求。
(3)用作電磁屏蔽??捎米麟姶牌帘蔚牟牧媳仨殱M足電阻率低于1ohm-cm,納米碳纖維在20%加入量情況下,電阻率可達到這一水平。(
2.2)改進力學性能的增強劑
納米碳纖維的一個重要用途是改進力學性能,它可以達到連續(xù)碳
纖維一樣的增強效果,但價格僅相當于玻璃纖維。用納米碳纖維
制備復合材料的成本很低,可以采用例如注射成型等低成本生產(chǎn)
技術。
(
2.3)控制熱膨脹系數(shù)的添加劑
一些國防軍工和民用工業(yè)制品要求嚴格控制熱膨脹系數(shù),包括:光
學、結構和電子等,像激光器、電子設備、衛(wèi)星結構、飛機、儀
表、控制系統(tǒng)等,納米碳纖維作為添加劑可以調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù),并
進一步達到控制熱膨脹系數(shù)。(3)納米碳纖維的發(fā)展(3.1)納米碳纖維是一種新型亞微米增強材料,在一定應用領域有其獨特的優(yōu)點,在國防軍工或民用工業(yè)都具有非常廣泛應用前景。(3.2)加入少量納米碳纖維,工程高分子材料即可取得很好的改性效果,在未來2~3年內(nèi),納米碳纖維將發(fā)揮越來越大的作用。(3.3)世界范圍對納米技術的開發(fā)與投資將促使納米碳纖維的進一步發(fā)展,在土木建筑、基礎設施的應用會促進大規(guī)模生產(chǎn)納米碳纖維,并降低其價格。(3.4)在未來十年納米碳纖維的產(chǎn)量可能達到65000噸/年,價格會大幅度降低,它將成為結構復合材料的一種主要的增強材料。
2、環(huán)氧樹脂:
膠粘劑固化劑
涂料膠體
固化砂漿
澆注涂層環(huán)氧樹脂基體
它是環(huán)氧樹脂膠液的固化物
環(huán)氧樹脂膠液是由環(huán)氧樹脂固化劑
以及促進劑、改性劑、稀釋劑、偶
聯(lián)劑和其它助劑組成。根據(jù)不同的使用及
工藝要求進行。碳纖維和碳纖維樹脂復合材質(zhì)有何區(qū)別
碳纖維是脆性材料,但強度很高,通常是無法單獨使
用的。但作為纖維增強可以增加樹脂基體中心,提高
樹脂的性能,成為高性能的復合材料,
碳纖維復合材料最大優(yōu)點:密度很低、強度很高、耐
腐蝕。
最大缺點:是可加工性差,通常都是
一次成型,手
糊、纏繞、
模壓、拉擠等。B、設備
機臺、模具、治具
1、安全
2、水、電、氣、油
3、成本
4、其它
C、SEA社會責任
1、ISO體系:90001(質(zhì)量管理體系認證)
2、14001(環(huán)境管理體系)
3、OHSAS歐薩18001(職業(yè)健康安全管理體系)
4、EPC
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