期待跳出常规纤维兴衰周期碳纤维准备跨越“青春期”

时间: 2024-01-02 01:57:27 |   作者: 棉花

  2023年11月8~9日,中国碳纤维产业链创新发展论坛暨2023年中国化学纤维工业协会碳纤维分会年会在江苏省丹阳市召开。本次会议由中国化学纤维工业协会、丹阳市人民政府主办,江苏恒神股份有限公司、中国化学纤维工业协会碳纤维分会承办。

  中国纺织工业联合会原会长王天凯、副会长端小平,国家发展改革委产业发展司副司长曹传贞,中国化学纤维工业协会会长陈新伟、原副会长贺燕丽、原副会长赵向东,中国纺织工业联合会科技发展部主任张传雄,国家先进功能纤维创新中心主任王玉萍,中国国际工程咨询有限公司主任级高级咨询师乐友华,江苏省发展改革委副主任黄海楠,丹阳市委副书记、市长宋飞雄,江苏恒神股份有限公司董事长刘瑾等领导嘉宾,和来自国家部委、行业协会,江苏省发改委,镇江市发改委、丹阳市经发局、科技局等部门,国内外碳纤维生产及应用企业、高等院校、科研院所、媒体等200多人参加会议。会议由中国化学纤维工业协会副会长吕佳滨、副秘书长靳高岭共同主持。

  作为国民经济与国防建设不可或缺的战略性新材料之一,经过多年发展,我国碳纤维行业已基本建成了产品和技术多元化、产业链配套齐全的国产碳纤维技术体系,形成了年产近12万吨的产业规模,整体已进入国际先进行列。

  产业的发展进步离不开国家、地方政府、行业协会的方向引领和全力支持,也离不开产业链各环节相关企业、企业家以及科研院所、科学家的孜孜以求和辛勤付出。

  多年来,国家发改委格外的重视碳纤维及复合材料产业高质量发展,认真贯彻党中央、国务院关于推进高性能纤维为代表的战略性新兴材料发展的一系列决策部署,与有关部门、单位、协会和企业通力合作,通过制定产业政策、修订调整产业目录以及实施相关专项,支持碳纤维及复合材料产业化生产及应用。“目前高性能碳纤维国产化取得了突破性进展,同时还涌现出一批具有较强竞争力的碳纤维生产及应用重点企业,这极大地促进了我国碳纤维产业链整体技术和产业化水平的提升,为提升我国制造业核心竞争力,提高我国关键材料自主保障能力给予了重要支撑。”国家发改委产业司副司长曹传贞在致辞时表示。

  对于未来如何助力我国碳纤维及复合材料产业的高水平质量的发展,曹传贞提出两点希望:一是希望有关地方和碳纤维产业链相关企业,要主动作为,在发展中勇挑重担、勇于创新,逐步加强碳纤维及复合材料自主研发,着力推动碳纤维产业基础再造,补短板锻长板,构建具有中国特色的碳纤维产业技术体系和全产业链智能制造优势;二是希望行业协会充分的发挥好政府与企业之间的桥梁纽带作用,凝聚共识,继续精研行业运行,协调行业科技资源,反映企业诉求,促进碳纤维上下游产业的交流与合作,推动行业健康、有序高水平质量的发展。最后他表示,国家发改委产业司也将一如既往地支持碳纤维等新材料发展:一是推进关键技术装备联合攻关,二是支持有突出贡献的公司做实做优做强,三是统筹推进产业持续健康发展。坚持市场在资源配置中的决定性作用,更好地发挥政府作用,强化碳纤维产业高质量发展的统筹谋划和指导,优化产业布局,完善技术体系,推进协同发展,实现量的合理增长和质的稳步提升。

  江苏省丹阳市市委副书记、市长宋飞雄在致辞时表示,近年来,丹阳积极打造“4+3+1”产业体系,在做强五金工具、家纺等传统产业的同时,积极发展碳纤维等新材料产业以及高端装备制造、生命健康产业,着力打造经济发展新的增长极,涌现了以恒神为代表的一大批新材料优质企业。宋飞雄希望各位业界精英、专家学者能够乘着此次年会的东风,与丹阳的相关公司进行深度交流合作,以智慧之光碰撞思想火花、以深层探讨开展实质合作,共同绘制碳纤维产业、新材料产业高质量发展“新蓝海”。丹阳市委市政府将全力营造更好更优的政策环境、公平有序的市场环境、高效便利的政务环境、公正透明的法治环境、亲商安商的人文环境,服务所有在丹阳投资兴业的企业,真正让全体企业家、创业者和各类人才轻装前行、稳健奔跑,提振信心、投资安心,让大家在丹阳生活与发展如沐春风。

  江苏恒神股份有限公司董事长刘瑾在致辞时表示,过去三年,我们见证了碳纤维行业在技术创新、产品质量、生产能力等方面取得的显著进步;我们也见识了碳纤维在众多领域大放异彩,无论是航空航天、汽车轻量化领域的突破,还是风力发电、光伏、氢能源等领域的发展,以及智能制造等领域的创新应用,碳纤维都以其独特的性能和潜力,为我们的生活和工作带来前所未有的便利和高效,为我国制造业的转型升级提供了有力保障。

  当然,我国碳纤维行业的发展仍然面临着诸多挑战。对此,刘瑾表示,“我们国内碳纤维行业的产、学、研、用各界,更应该携手协同、并肩攻关,一同推动行业发展与进步,让碳纤维这一‘黑色黄金‘赋予国之重器铮铮铁骨,带给民族产业真金白银”。恒神也期待与更多的企业、研究机构、政府部门等开展深度合作,真诚交流、共享资源、优势互补,一同推动碳纤维行业的繁荣发展。

  作为典型的“全产业链”企业,恒神业务涵盖碳纤维、树脂、织物、预浸料、复合材料等。自成立以来,恒神始终以“用心做好每一根碳丝”的初心与行业一路同行,经过几代人的接续奋斗,目前恒神已建成年产碳纤维5000吨、织物和预浸料1500万平方米、高性能树脂1200吨、复合材料制件5000吨的产能,实现了从HF10到HF40级各规格纤维的稳定批量生产和应用。在产业布局方面,在陕煤集团的支持下,恒神在陕西省榆林市投资建设2万吨/年高性能碳纤维生产基地,目前自贡恒神无人机产业园正如火如荼建设中,已形成东西部地区三大生产基地互补协同、结构符合常理的产能格局。在应用拓展方面,近年来恒神在商用航空装备上持续深耕,围绕大飞机、通用飞机、无人机的复合材料结构件进行设计研究开发,依托恒神从碳纤维、树脂预浸料到制造成型工艺的全产业链优势,真正将材料、设计、制造一体化的复合材料开发应用理念贯彻到产品服务中,这已成为恒神发展的另一强劲动力。

  会上,演讲嘉宾畅谈了半个世纪以来碳纤维行业的长足发展,分析了2023年行业面临的挑战和困境,更是不约而同提到“兴衰周期”。中国纺织工业联合会副会长端小平结合大会主要议题及内容对碳纤维产业高质量发展提出五点思考:

  一是如何避免落入常规纤维的发展陷阱。端小平以聚酯纤维行业30多年历经四轮产能过剩周期为例指出,“碳纤维是奢侈品,不能卖超市价。而如今我们在2021年C8海南论坛的担忧正在变成现实,能否‘跳出‘常规纤维兴衰的周期,需要依赖业界同仁的智慧。”

  二是如何不断开拓新的应用场景。碳纤维与常规纤维的发展和应用有本质的区别,常规纤维依赖于人口的增长和生活品质的提升,而碳纤维行业最近三年的一轮扩张受益于两个因素:一是疫情给国产纤维找到了替代进口纤维的机会,解决了某些领域能不能用和敢不敢用的问题,二是风电叶片的应用需求迅速增长。“对于下一个应用风口,我们从始至终在猜测,缺乏系统性研究,我们怎么样才能解决交通运输、航空航天等应用领域涉及到的安全问题,给他们什么样的底气和勇气?如何从众多竞争者中突围?如何不断开拓新的应用场景,是支撑行业可持续发展的重要问题。”

  三是如何更轻更强更低。“任何创新和突破必须要有理论为基础,要不然我们还会重复以前发展初期的老路,即边学边干,边干边改,那一定不会取得跨越式的技术进步。当然,更轻更强的性能和更低的成本需要产业链的同心合作。”

  四是如何更精更稳更安全。“如今,我们到了拾遗补缺、填平补齐的发展新阶段,一些过去被忽视的问题要逐步解决,比如关键零部件的国产化及其与进口产品应用比重的提升(30/70),油剂、助剂、上浆剂与进口产品应用比重的提升(50/50)等。”

  五是怎么样提高行业发展的成熟度,让行业发展更有理性,竞争更加有序。“如果用年龄来衡量一个产业高质量发展的成熟度,在碳纤维行业,若将日本看作是50岁,中国则是15岁,希望我们尽快跨过‘青春期’,进入成熟理性、高水平发展的新阶段。”

  步入新发展阶段,我国碳纤维关键技术、市场、应用发展特点如何?怎么样提高碳纤维产业技术成熟度?如何提升产品质量稳定性?如何进一步提升生产效率、减少相关成本,以满足一直增长的市场差异化需求?如何以新的应用拉动需求从而牵引碳纤维用量?如何推动装备智能化?如何更好地提升碳纤维的国际竞争力?接下来碳纤维行业、企业该怎么样发展顺利跨过“青春期“?这些被深入探讨的议题吸引了与会者广泛关注。

  北京化工大学教授徐樑华重点介绍了国产碳纤维技术成熟度的提升路径。他强调,行业要充分认识到碳纤维技术成熟度提升的重要性。基于高技术成熟度生产的碳纤维,可以让用户敢用、放心用,市场接受度才会提高;更有助于企业真正降成本,更好地拓展市场。

  碳纤维技术成熟度提升主要包含3个要素。行业要从小组成员意识提高开始,借助产品性能质量的科学全面评价体系建设,最终实现质量可控可调、应用普适性和应用工艺性能的稳定。

  一是团队水平。“这主要是带头人的意识,要充分意识到技术成熟度的重要性。当前生产企业与应用企业对碳纤维质量优劣的认识不同,信息常常是矛盾的,这主要是因为生产企业没把握好产品的质量一致性,对碳纤维性能的把握不够精准。”徐樑华说。

  二是工艺包质量,包括工艺窗口合理性、工艺迎合新的评价体系,以及辅料助剂的可控配套。要关注碳纤维毛丝、起毛、集束/分散性、展宽性、浸润性、表截面形貌结构稳定性、强度等性能利用率。

  三是装备能力。要提升装备的工艺适应性水平,具备对装备进行二次改造的能力;工艺参数要可控;要关注装备利用效率与节约能源的效果,包括单线产能发挥率、产量能耗水平;要关注装备的运维成本;还要关注装备安装与运行水平。

  徐樑华强调,现在已经到了一定要重视国产碳纤维产业技术成熟度提升的时期。要注意的是,技术成熟度不能只靠碳纤维企业自己提升,还要跟应用领域建立起良好关系,需要在应用中不断提升。

  中国复合材料工业协会副秘书长卢宏萍对我国碳纤维复合材料的发展现状及趋势做了深入分析。她介绍,2018年全球碳纤维复合材料市场规模为129.67亿美元,到2022年增至213.26亿美元,年均复合增长率为13.24%。她以航空、航天、电力、新能源、汽车、轨道交通、海洋工程、体育休闲等应用领域为例,介绍了当前碳纤维复合材料的应用进展。同时指出,当前碳纤维复合材料行业面临的挑战和压力,对外亟待拓展应用领域,对内需逐步提升工艺水平,加强专业团队建设。为此,她提出三点发展思路和建议:一是材料的品质与定制化设计,即注重原材料本身质量,并从分子结构层面对目标材料体系进行设计,关切使用温度、韧性、工艺特性和浸润特性;二是结构一体化、人机一体化智能系统化,即加强复材设计方法和基于制造的工程的设计研究,按复材的特性进行设计,重视自动化技术并控制成本;三是人员团队政策三位一体,即选拔优秀复材专业技术人员,组建针对性研发团队,结合国家政策,建立适应复材未来发展的高素质团队。

  中国已成为全世界最主要的通用飞机市场之一。随着国务院、国家发改委和民航局发展通航产业的顶层规划、适航审定政策和低空空域开放政策的相继出台,通航产业迎来了加快速度进行发展机遇期。未来国产复合材料如何更好地适应我国通航产业高质量发展趋势,更加安全地实现在通航飞机上的大规模应用,中国民用航空沈阳航空器适航审定中心研究员刘秀芝围绕此进行了详细解读。

  她指出,设计是先导,材料是基础,制造是关键,检测是保障。当前,对复合材料的适航验证重点关注材料的稳定性、制造可重复性和质量一致性等几个关键问题,这个思路和指导思想贯穿适航验证的全程。因此国产复合材料要想进入通航产业链,必须解决能不能用、好不好用、敢不敢用的问题,缺一不可;必须以用户需求为牵引,以问题为导向,由局方牵头结合国内复合材料实际情况,开展通航产业相关技术基础性研究工作,制定我国通航产业发展的相关技术规则,才能更好地适应我国通航产业发展的大趋势。

  在此前提下,2020年,由民航沈阳审定中心牵头的中国民用航空局航空器适航审定司“安全能力”建设项目-“通航用国产复合材料性能共享数据库建立”项目第一阶段启动。历经3年,目前已建立通航先进复合材料性能数据中心(CNCAMP)顶层管理体系,完成了CNCAMP数据库平台1.0版,以及首批2种入库材料相关材料规范、工艺规范、材料性能报告等文件。基于第一阶段的研究成果,她认为国产复合材料的技术水平还有很大的提升空间,材料供应商的质量管理需进一步加强,同时突破入库材料质量一致性监管问题。

  江苏恒神股份有限公司碳纤维研发总监张淑斌重点介绍了超高性能碳纤维的开发现状与发展挑战。超高性能碳纤维的特点是:产量少,附加值高,应用领域集中;技术门槛高,制备难度大;象征意义重大。

  以T1100为例,是近10年来最高强度的碳纤维产品。日本企业研发生产的T1100已经在航空航天领域和高端体育休闲领域实现了规模化应用。今年10月底,日本企业又正式发布了T1200超高强度碳纤维,其拉伸强度为8GPa,拉伸模量为315GPa,断裂伸长率为2.5%,潜在应用市场包括高端体育休闲、航空航天。目前,我国已成功开发出T1100级碳纤维的企业包括中复神鹰、光威复材和江苏恒神等,正在进行工程化生产和应用验证。

  张淑斌介绍,实现超高强度碳纤维的技术路径包括纤维的细旦化、原丝的致密化和超高分子量聚合物。超高强度碳纤维的应用领域包括:超轻量化结构领域,如航天等对减重有极致需求;薄壁结构领域,如超薄材料;容器结构领域,如贮箱类、压力容器类结构。

  “如果说碳纤维是整个高技术行业的‘皇冠‘,那么超高性能碳纤维是’皇冠上的明珠‘,是对碳纤维材料研发和制备技术实力最集中、最突出、最直接的体现。国产碳纤维长期处于跟随者的地位,超高性能碳纤维领域是改变这一地位的最佳突破点之一。在当前的工艺路线下,对于碳纤维强度极限的探索将是大家共同的目标。“张淑斌由衷地说。

  山东大学教授朱波围绕国内碳纤维产业自动化、数字化及智能化建设现状、存在的问题及发展方向展开探讨。他表示,碳纤维智能制造从独立设备单元自动控制→生产线联动自动化→数字化车间→智能工厂→生态智能联动,生产控制环节繁杂,稳定化要求极高。目前国内虽已实现碳纤维大部分生产设备的自动化,但工序间缺乏互联互通,未建立质量追溯体系,缺乏对生产经营数据的深度挖掘和分析,缺少集中监控系统以及MES、WMS、看板等信息化系统,距离智能化尚远。要实现碳纤维智能制造,需要突破智能制造管理标准体系、产品质量标准体系、信息化安全标准体系以及客户服务标准体系等问题。基于现状分析,他提出了“智能装备层、数据传输层、智能执行层、研发设计层、ERP业务层以及大数据应用层”的碳纤维智能工厂总体设计框架,以及“工厂智能制造规划设计→研发关键装备→搭建数据互联平台→开发智能制造软件系统→系统集成与应用验证”的总体技术路线。在此基础上,朱波分享了碳化线控制系统网络架构、上位机系统、软件开发、网络拓扑、功能模块开发方面的案例。

  在“碳达峰、碳中和”目标下,发展氢能成为全球共识。我国2022年3月发布的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,首次明确了氢能的战略地位。在此背景下,车载储氢瓶市场将迎来蓬勃发展期,储氢瓶用国产碳纤维也将迎来新的发展机遇。中材科技(苏州)有限公司副总经理袁卓伟围绕“国产碳纤维在高压储氢气瓶上的应用研究”,探讨了高压储氢气瓶的市场前景及发展的新趋势,剖析了现阶段国产碳纤维在此领域应用存在的问题。从市场前景来看,预计2025年高压储氢气瓶的碳纤维需求量将达5000吨,2030年需求量近7万吨;从技术趋势看,未来储氢气瓶将进一步朝着轻量化、高压化、高性能方向发展。目前碳纤维在高压储氢气瓶领域的应用技术难点主要集中在稳定适配方面,涉及纤维性能稳定性、树脂体系适配性、缠绕工艺、成型装备等问题。结合中材科技的实际研究工作,袁卓伟指出,总的来说,国产碳纤维在强度和模量上并不逊于进口碳纤维,个别优于进口,但在单纱强度、断裂伸长率等性能指标的稳定性方面有待进一步提升,建议国产碳纤维行业进一步提升质量一致性,加强成本控制和产品性能转化率。同时呼吁,只有上下游共同努力,协同攻关,才能实现高压储氢气瓶产业链上各环节的共赢。

  吉林师范大学教授、吉林乾仁新材料有限公司董事长杨春才介绍了碳纤维用油剂和上浆剂的最新科研进展。碳纤维用油剂多采用改性硅油复配,通常组成为胺基改性硅油、环氧改性硅油和聚醚改性硅油,通过外乳化剂乳化制备。湿法纺丝、干法纺丝和干喷湿纺对油剂的要求不一样。

  针对目前复配油剂存在的问题,公司已开发出系列具有自主知识产权的油剂产品,分子量/粘度及乳液胶束粒径大小可调,可以满足原丝湿法纺丝、干喷湿纺和干法纺丝工艺生产,同时可以适合高强度T800及以上型号碳纤维用油剂,解决原丝碳化后碳纤维界面黏结力差的问题。

  上浆剂产品可极大地提高纤维、上浆剂和树脂之间的界面黏结力,增强复合材料层间剪切强度,提高纤维强度在复合材料中转化率,上浆后的碳纤维适合不同终端产品生产工艺如拉挤碳板、缠绕氢气瓶、碳纤维预浸料等。

  安徽赢碳新材料科技有限公司副总经理陈宇航介绍了我国碳纤维行业前三季度运行情况和发展的新趋势。

  2023年前三季度,我国进口碳纤维、及其织物和预浸料合计12731吨,同比下降41.55%,合计进口金额309240万元,同比下降26.67%;其中,进口碳纤维10973吨,同比下降42.05%,碳纤维进口额为208559万元,同比下降29.69%。

  根据调研,受体育用品、风电两个主要需求领域用量下滑影响,前三季度,国产碳纤维销售量约为3万吨。以风电领域应用为例,今年国外风电主机厂需求下降约40%以上,但其他主机厂的碳纤维使用比例有所上升。国产风电主机厂使用碳纤维用量约为4000吨,主要为明阳、上海电气、金风科技等。

  陈宇航预测2023年我国碳纤维需求量将会降低,国产碳纤维的用量占比预计在70%左右。

  对于新释放的产能如何消化?陈宇航表示,建议企业提升产品出口比例,参与国际竞争,也要开拓更多的应用领域。“国产碳纤维目前已经有能力出口到其他几个国家,在国外很多领域的应用已无问题,希望能进一步提升稳定性,而且产品出口能享受13%的退税。所以,国产碳纤维加大出口很有机会。”

  同期,2023年中国化学纤维工业协会碳纤维分会闭门会在丹阳举行。中国纺织工业联合会原会长王天凯,中国化学纤维工业协会会长陈新伟、原副会长贺燕丽、副会长吕佳滨等领导和来自江苏恒神、威海拓展、中复神鹰、吉林化纤、浙江宝旌、江苏澳盛、鸿基伟业、新创碳谷等8家国内主要碳纤维生产及应用企业相关负责人,以及北京化工大学、山东大学等高校专家出席了会议。

  会上,参会代表分别介绍了各自2023年的经营生产、营收盈利、市场供需、新增产能,以及当前行业存在的问题,并围绕接下来的行业发展的新趋势、市场供需变化和经营发展思路等话题进行了深入讨论。

  对于行业企业下一步发展,中国化学纤维工业协会会长陈新伟提出六点建议:一是练好内功,不断的提高产品的质量和质量的稳定性,并做好产品的差异化,这样客户粘性提高,市场就随之而来。二是做好服务,通过产业链联合探索、开发新产品或是迭代产品,拓展新的应用场景,同时为下游用户更好的提供更为专业的应用解决方案,帮他们解决实际问题。三是要保持碳纤维高性能的属性,在应用中体现其应有的价值,让其完全替代某些性价比更好的产品不现实。四是针对当前碳纤维相关公共平台发挥作用不明显等现状,要以有效的方式去推动产业推广和对接,要把平台的公共职能落到实处。五是探索技术成熟度标准化评价,在标准化框架下给下游更多的选择,赋予下游更多的信任。六是坚持年会惯例,分会可根据不同的情况扩大年会参与的单位范畴,并结合业界 关注的行业焦点问题,有明确的目的性的提出会议议题,通过一同研究讨论,提出有关政策建议等。