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碳纤维产业发展前景广阔

     作为21世纪的“新材料之王”,碳纤维可以实现对钢铁、铝合金等传统材料的替代,具有广阔的市场前景。尽管我国碳纤维研究起步较早,但长久以来,研发力量分散、低水平重复建设严重等问题一直是产业向高端转型的“拦路虎”。进入“十二五”,我国碳纤维行业迎来了更加广阔的发展空间,政策能量持续释放,创新能力不断提高,一个蓬勃发展的新兴产业正在崛起。

  全长18.91公里的全国首条绞合碳纤维芯铝绞线——220千伏福丰Ⅰ线日前在海南试送成功,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说,“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,其重量不到钢的四分之一,但抗拉强度是钢的7倍至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吨至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%至20%,其燃油的经济性比相应的竞争机型要低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价格就由每公斤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价格又从每公斤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说。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价格的降低,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,其价格将不断降低,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;关键装备受制于人;低水平重复建设严重等等。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说。

  碳纤维在工业领域的应用是未来发展的主流方向。据预计,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。
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