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易倍体育emc“新材料之王”大丝束碳纤维的国产化之路:政策支持和企业坚持助其站稳脚跟

发布时间:2024-07-19 10:41:07 来源:emc全站官网 作者:emc全站网页版浏览: 29 次

  汽车部件、旅行箱、护膝、船桨、氧气瓶......在这些生活中常常会接触到的物品中,含有一种“黑科技”成分,“它”就是“碳纤维”。碳纤维不仅可以出现在这些生活物品中,还可以应用在许多高端设备上,如风能、太阳能、高铁动车、飞机部件等。

  碳纤维是一种含碳量在90%以上的无机高分子纤维。之所以将其喻为黑色黄金,是因为碳纤维具有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温等一系列优良性能,同时兼备纺织纤维的柔软可加工性。而大丝束碳纤维则被称作“新材料”的王者,皆因为它的独特之处,好比是一种轻且柔软的钢。很难想象,轻、柔软、钢,这仨词能联系到一起。

  事实上,碳纤维的强度比钢还高。鉴于种种特性,碳纤维被广泛用于军工、民品领域。尤其是在近两年备受欢迎的新能源赛道,比如风电(叶片)、光伏(单、多晶炉热场产品)、氢能(储氢罐),都有一定的使用场景。碳纤维市场需求逐年递增。然而,国内碳纤维及复材长期以来都依赖进口,虽然近年来自给率有所提高,但国内碳纤维及其复材的自给率仍不足40%。尤其是2020年下半年以来,日本、美国加强了对碳纤维出口中国的政策管控,导致国内碳纤维境外供应难度进一步加大。更不要提大丝束碳纤维领域的突破了。

  为了打破这样的尴尬局面,我国加大对碳纤维等新材料领域的政策支持,不少企业也蓄力而发,步步攻克难关。10月10日,好消息终于传来:我国首个万吨级48K大丝束碳纤维工程第一套国产线,在中国石化上海石化碳纤维产业基地投料开车并生产出合格产品。这标志中国石化大丝束碳纤维从关键技术突破、工业试生产、产业化,成功走向规模化和关键装备国产化,一举破除我国碳纤维生产和装备受制于人的被动局面,真正实现自主可控。

  碳纤维究竟有什么神奇?不妨先来了解下它的原理和用途。首先,碳纤维是非常重要的无机高性能纤维,其最主要的应用形式是作为树脂材料的增强体。而由碳纤维所形成的碳纤维增强树脂(CFRP)则具有优异的综合性能,在导弹、空间平台和运载火箭,航空器,先进舰船,轨道交通车辆,电动汽车,卡车,风电叶片,燃料电池,电力电缆,压力容器,铀浓缩超高速离心机,特种管筒,公共基础设施,医疗和工业设备,体育休闲产品,以及时尚生活用具等多个领域,有着实际和潜在的应用。

  可以说,碳纤维是现代宇航工业的物质基础,具有不可替代性。而碳纤维增强树脂(CFRP)则在航天器上的应用日臻成熟,其是实现航天器轻量化、小型化和高性能化不可或缺的关键材料。

  更加重要的是,根据丝束大小的不同,碳纤维可以分为大丝束纤维和小丝束纤维,分别对应不同的应用领域。一般48K及以上被称为大丝束(1K 表示一束碳纤维丝中含有1000根原丝),主要应用于以风电为代表的工业领域;24K及以下被称为小丝束,主要应用于国防军工、航空航天、体育休闲等领域。大丝束碳纤维与小丝束碳纤维相比具有生产原料广、性价比高的优势。

  如此区分可以看出,高精尖产业很多是由小丝束碳纤维实现的,而相对更加传统的石化工业领域则由大丝束碳纤维实现。然而,长期以来,中国的碳纤维发展主要是在小丝束碳纤维方面实现了突破,但是由于小丝束碳纤维成本高,对应的产业范围有局限性,影响了下游企业应用碳纤维的积极性。

  因此,如何培育、扶植国内大丝束碳纤维技术,激发产业链中下游积极性,成为了这一领域近年来的一道难题。

  为了让我国新材料产业实现新的突破,能够同时拥有大丝束碳纤维和小丝束碳纤维的自主技术,2021年3月,国家政府网站发布国家十四五规划和2035远景目标纲要的制造业核心竞争力提升板块中高端新材料领域,提出加强碳纤维、芳纶等高性能纤维及其复合材料研发应用;随后在全国各地发布的十四五规划、产业规划等材料中,相继布局了碳纤维规划。

  而国内大大小小的相关领域企业一直都在探索。例如,中国石化联合10余家高校、科研院所、企业,经过十余年努力,自主研发生产出了大丝束碳纤维,含碳量在95%以上的高强度新型纤维材料。

  在政策的扶持背景下,高校、科研机构、企业的共同努力下实现的这一突破,意味着我国碳纤维实现了从12K到48K的重大突破,成功实现研发生产技术从量变到质变的飞跃,不仅如此中国石化还计划于2024年全部建成投产,届时共达到2.4万吨/年原丝、1.2万吨/年大丝束碳纤维产能。

  从12K到48K,人们仅仅看到数字的增长,其真正厉害之处且听一一道来:一方面,大丝束碳纤维力学性能优异,比重不到钢的四分之一,强度却是钢的7至9倍,并且还具有耐腐蚀的特性;另一方面,48K大丝束最大的优势是在相同的生产条件下,不仅可以大幅度提高碳纤维单线产能和质量性能,还可以实现生产低成本化,从而打破碳纤维高昂价格带来的应用局限。

  可以说,这场“碳纤维国产化”运动,让我国在掌握关键技术的同时,迎来大丝束碳纤维产业的规模化发展。

  的确,作为石化工业领域的新兴热门板块,大丝束碳纤维被誉为“新材料之王”和“黑黄金”,已经在交通、航空、新能源等众多关键市场有广泛应用。而随着应用率的不断提升,相关行业将迎来长跨度的高景气阶段,有力助推了我国相关产业的快速发展和相关产业结构调整。

  如今,大丝束碳纤维已经赢得了政策的支持和资本的青睐,各大碳纤维企业扩产意愿明显。例如,中复神鹰西宁万吨高性能碳纤维及配套原丝项目已全线投产;光威复材包头万吨大丝束碳纤维产线预计年底开始试运行;上海石化 1.2 万吨大丝束碳纤维产线今年年中实现项目中期交工;精功科技大丝束产品已经广泛应用于汽车交通、航空航天、风力发电、医疗器材以及建筑等领域;吉林碳谷大丝束产品以25k为主,35k、50k大丝束产品也已经销售,预计今年年底,企业柔性化产能达到8万吨以上,15万吨碳纤维原丝项目也有望在明后两年建成投产……

  业内人士指出,尽管当前我国碳纤维行业供需仍存在较大缺口,且收到供不应求状态影响,国内碳纤维的价格持续走高,但伴随未来几年龙头企业的快速产能投放,预计供需缺口逐渐缓解,进口部分有望实现国产。长期来看,碳纤维价格将回到合理水平。预计2024年国内供给将超过需求。此外,从政策导向来看,国家高度也持续重视碳纤维行业发展,其高性能、规模化是我国碳纤维产业的发展趋势。

  杂志收录情况:《中国知网》《中国期刊核心期刊(遴选)数据库》《中国学术期刊综合评价数据库(CAJCED)统计源期刊》《中国期刊全文数据库(CJFD)》《中国科协、中国图书馆学会(解读科学发展观推荐书目)》

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