本站原创近日,全国首条绞合碳纤维芯铝绞线——220千伏福丰I线在海南试送成功,这是碳纤维电缆线在我国首次用于架空线路.该电网改造工程的成功,开辟了碳纤维又一个重要的应用领域.中国化学纤维工业协会会长端小平表示,“近年来,碳纤维在众多工业领域得到了成功应用,说明碳纤维应用有广阔的市场空间.”
替代空间巨大
对钢铁、铝合金等传统材料的替代是碳纤维应用推广的主要动力.由于具有重量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能,碳纤维的市场前景非常广阔,可被广泛应用于石油化工、航空航天、体育用品、交通运输等领域.
碳纤维被誉为21世纪的“新材料之王”,具有优越的物理和化学性能,其重量不到钢的1/4,但抗拉强度是钢的7～9倍,且抗拉弹性、比强度、比模量均显著优于钢,还具有耐高温、耐腐蚀等优点.这些优异的性能给碳纤维带来了广阔的市场前景,被广泛应用于石油化工、航空航天、体育用品、交通运输等领域.
对钢铁、铝合金等传统材料的替代,是碳纤维应用推广的主要动力.专家称,“以塑代钢”是21世纪的必然趋势,推进汽车、飞行器等产品的轻量化以降低油耗、应对资源和环境的严峻挑战,已经成为工业发展的重要主题.
以空客A380为例,因每架飞机采用碳纤维复合增强材料达到21～25吨,使每位乘客百公里油耗不到3升,是目前世界上第一个乘客每百公里油耗少于3升的远程客机,座英里成本比目前效率最高的飞机低15%～20%,其燃油的经济性比相应的竞争机型低13%左右.
“对传统材料的替代,关键是要考虑成本因素,如果成本相同,用户愿选择性能更优的碳纤维.”端小平说.在降低成本方面,我国碳纤维的研发生产起了主要作用.2008年,当我国企业宣布T300碳纤维实现规模化生产时,这一规格产品的国际由每公斤500元降至120元以下；2012年,当高性能的T700级碳纤维在我国实验成功时,这一规格产品的国际从每公斤400元降至160元.
伴随低成本化的趋势,碳纤维在汽车、航空航天器、各类机械设备中的应用迅速增长,预计到2015年全球碳纤维消费量将达到7万吨,年均复合增长率将达9.37%.到2020年,全球碳纤维需求甚至可达到13万吨/年.
“这无疑是一块很大的‘蛋糕’,但目前我国能从中分得的却很少,大部分依赖进口.”中机（系）信息技术研究院产业规划所研究员毋剑波表示.我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段,主要是小丝束,品质接近或达到T300水平,且不稳定,与国外先进水平尚有差距,导致应用受限,市场规模狭小.
因此,提高产品品质以替代进口意义重大.毋剑波表示,现在国家提出大力发展自主碳纤维产业,鼓励掌握关键核心技术,提高碳纤维自给率,“随着我国核心技术的突破以及政策的支持,未来国产碳纤维将逐步替代进口产品,国产碳纤维将迎来更大的发展机遇.”
工业应用加速
随着世界范围内碳纤维产品用量的增长和的降低,民用工业应用将显著加速.预计到2020年,我国碳纤维需求量将达到2.2万吨.其中,工业领域的需求将提高至75%.
今年7月,中联重科101米臂架泵车首次投入使用.泵车臂架采用碳纤维复合材料,解决了传统钢材臂架疲劳开裂的问题,不仅大大减轻了泵车自重,降低了泵车能耗,而且提升了产品的使用寿命.
专家称,随着世界范围内碳纤维产品用量的增长,特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产,其将不断降低,民用工业应用将显著加速.然而,与这一趋势不同,尽管我国碳纤维在工业应用中不断涌现新成果,但国内最大应用领域是体育和休闲娱乐用品.据毋剑波介绍,当前世界发达国家的碳纤维在航空航天、工业应用、体育休闲应用占比分别为22%、61%、17%,而我国应用比例为4%、31%、65%.
“消费主要集中在低端领域,原因在于这些领域对碳纤维的性能要求不高,不需要长时间的材料认证和成品实验,进入比较容易.”专家表示,造成我国碳纤维产业难以走向高端的根本原因在于研发力量分散,不能形成合力；关键装备受制干人；低水平重复建设严重等.因此,“要真正分享碳纤维产业这块大‘蛋糕’,应该着力加强产学研用结合,以企业为主体,联合高校和科研院所共同进行研发、创新,加强产业链开发.”中国工程院院士蒋士成表示.
碳纤维在工业领域的应用是未来发展的主流方向.预计到2020年,我国碳纤维需求量将达到2.2万吨.其中,工业领域的需求将提高至75%.国家新材料产业发展战略咨询委员会副主任李克健表示,随着我国由工业大国向工业强国转变,航空航天、汽车和风力发电等领域的技术水平和规模会大幅度提升,碳纤维等新型复合材料的应用领域和消费量也将随之增长.
政策能量释放
随着《新材料产业“十二五”发展规划》、“关于加快推进碳纤维行业持续健康发展的指导意见（征求意见稿）》等相继发布,我国碳纤维行业迎来了千载难逢的历史发展机遇.
碳纤维是国民经济和国防建设不可或缺的战略性新材料,是争夺未来国际竞争优势的基础性材料.长久以来,高性能碳纤维的生产技术及产品被西方国家垄断和封锁,我国不仅难以写到高端产品、设备,甚至学术交流也对我国严格保密.
“虽然国际上一些公司开始向我国出售T300级原丝,但数量有限而且昂贵,极大地制约我国碳纤维及其复合材料的应用.”中国复合材料集团董事长、总经理张定金说,“自主研制生产高性能、高质量的聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是我国碳纤维工业产业化发展亟待解决的问题.”
对于高性能PAN基碳纤维,日本、美国等发达国家均极为重视,在研发、生产方面给予经费、人力上的大力支持,并获得成功.我国虽然也较早进行了碳纤维研究,但直到2001年,我国的碳纤维研发才被提到议事日程.2001年10月,科技部设立碳纤维专项,正式将碳纤维项目纳入国家发展轨道.2005年,国家将碳纤维列为973计划项目,从根本上确保了碳纤维项目研发的有力推进.
《新材料产业“十二五”发展规划》、《关于加快推进碳纤维行业持续健康发展的指导意见（征求意见稿）》提出,要加大政策支持力度,着力突破关键共性技术和装备,消除产业化和工程化技术及装备制约瓶颈；着力提高产业集中度,积极推动企业间跨行业、跨区域、跨所有制的联合重组,培育3～5家骨干企业.
此外,针对碳纤维技术研发和产业化过程中实力不足、资金短缺问题,《新材料产业“十二五”发展规划》和《关于加快推进碳纤维行业持续健康发展的指导意见（征求意见稿）》提出要依托战略性新兴产业、工业转型升级等专项,对碳纤维生产企业在财政、税收、金融等方面进行重点支持,引导地方、企业和社会各类资本加大对碳纤维产业投资,加大信贷支持力度,支持符合条件的碳纤维企业上市融资、发行债券.
有关负责人表示,目前国家正研究风险补偿和专项贷款等扶持政策,力挺国内碳纤维企业快速成长.一系列产业扶持政策的推出,将进一步推进我国碳纤维企业提高自主创新能力,打开更加广阔的市场空间.