打破美日垄断,中国碳纤维太不容易

碳纤维,大家一定很早之前听说过这个词。

但是用过的人肯定很少,顶多是用过碳纤维做的羽毛球拍,因为碳纤维太贵了。

说起纤维,大家一定很熟悉,一般植物,植物的种籽、果实、茎、叶等处都富含纤维,人们常见的棉花就属于天然纤维,而碳纤维是属于人工合成的纤维。

按照市场定义来说,碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度高模量纤维,耐高温位于化纤之首。具有抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物,由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向,因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。关键在于质量轻,这一点在很多行业如汽车、航空中就显得非常珍贵了。

碳纤维的发展史:想象力展开翅膀

年,爱迪生(ThomasAlvaEdison,-)发明了以碳纤维为发光体的白炽灯。后来由于早期的碳纤维几乎没有结构强力,使用中很容易碎裂、折断,白炽灯中的碳纤维被钨丝所取代,碳纤维的第一次大规模应用就无疾而终了。

随着化学技术的发展,人造纤维开始诞生,人们发现用更小直径的碳纤维叠加,可以克服碳纤维强度不足的问题。年,巴尼比-切尼公司开始商业化生产棉基或人造丝基碳纤维复丝,但其只能用来生产绳、垫和絮等产品,用于耐高温、耐腐蚀等用途。

自此,高性能碳纤维基础科学研究和工业化技术研发进入了高峰期。

20世纪50年代初,美国Wright-Patterson空军基地以黏胶纤维为原料,试制碳纤维成功,产品作火箭喷管和鼻锥的烧蚀材料,效果很好。

20世纪60年代初,日本进藤昭男发明了以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料制取碳纤维的方法,并取得了专利。

年日本吴羽化学工业公司采用大谷杉郎的专利,首先建成年产t普通型(GPCF)沥青基碳纤维的生产厂,用作水泥添加后发现效果很好。

至此,黏胶纤维、聚丙烯腈、沥青,制作碳纤维的三种原材料都开始有了成熟的工艺,碳纤维的品质也得到不断提升。至20世纪90年代初,高性能及超高性能碳纤维已问世,但后续扩大化应用一直因成本太高而无法大规模应用。

目前,碳纤维增强复合材料可用于制造飞机和航天器部件,赛车车身,高尔夫球杆身,自行车车架,钓鱼竿,汽车弹簧,帆船桅杆以及需要重量轻和高强度的许多其他部件。

可以说,碳纤维的应用领域,一是看成本,二是要看人们的想象力,也足以反映碳纤维潜在的应用领域之广。

中国碳纤维发展史:被封锁的历史

中国的碳纤维研究开始于年,彼时中国在航空航天领域刚刚起步,急需这种材料。但国外对中国的封锁十分严密,再加上冷战中,国际环境十分恶劣,中国也没有经验和相关的人才。

不过,中国还是作出了一些成绩。年7月,中国科学院山西煤炭化学研究所开始设计我国第一条碳纤维生产线,并于年建成。该生产线通过国家鉴定和验收后,荣获年全国科技大会奖。

但国外的碳纤维发展正处在加速期,中外碳纤维的差距越来越大,虽然国家也组织过碳纤维相关的项目研究,但终究没能在产业化上走的更远。21世纪初,国外早已攻克大批量生产技术,而国内仍一直在攻坚原丝质量和批量生产技术。

年后,国家开始大力扶持相关企业。在、计划中也将碳纤维作为重点研发项目。年,当时国内的碳纤维行业企业仅有10家,合计产能仅占全球产能的1%。

通过国企民企双向发展的战略,至年,中国大陆的碳纤维产能为2.60万吨,仅次于美国和日本,比重为18%,也有一批企业先后打破美日的垄断,成绩斐然。但销量/产能比为28.46%,同期国际销量/产能比为57.20%,如不考虑中国因素,其他国家的销量/产能比为63.40%。

目前国内碳纤维市场中,国产碳纤维自给率只有20%左右,对外依存率达到80%。而且,目前中国大多数还处在低端水平,行业集中度也不高,而日本、美国等发达国家的碳纤维行业集中度极高,日本以东丽、东邦、三菱为主,美国则以HEXCEL和CYTEC占大头。国外碳纤维企业通过技术及价格优势打压国内碳纤维企业,使我国的碳纤维市场长期受制于欧美及日本等国家。

如今,中国碳纤维企业的路又在何方呢?

与国外的巨头相比,追赶之路显得异常艰难。




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