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國產“大絲束”開啟碳纖維產業(yè)新藍海 或將帶動千億級復合材料市場規(guī)模

時間:2022-11-23   訪問量:986   來源:http://www.chinanews.com.cn/cj/2022/11-23/9900283.shtml

  ◎本報記者 操秀英

  大絲束碳纖維的每一根絲束都有4.8萬根纖維,每一根纖維的直徑只有頭發(fā)絲直徑的1/7到1/8。上海石化研發(fā)生產的大絲束碳纖維,是一種含碳量在95%以上的高強度新型纖維材料。其力學性能優(yōu)異,比重不到鋼的四分之一,強度卻是鋼的7—9倍,并且還具有耐腐蝕的特性。

  碳纖維是新一代增強纖維,被稱為“新材料之王”“黑黃金”,可廣泛應用于航空航天、能源裝備、交通運輸、體育休閑等領域。按絲束規(guī)格的不同,可以將其分為小絲束碳纖維和大絲束碳纖維。長期以來,我國主要在小絲束碳纖維方面實現了突破。隨著我國首個萬噸級48K大絲束碳纖維工程第一套國產線在中國石化上海石化碳纖維產業(yè)基地投料開車,并生產出性能媲美國外同級別產品的合格產品,我國大絲束碳纖維也從關鍵技術突破、工業(yè)試生產、產業(yè)化,成功走向規(guī)模化和關鍵裝備國產化,一舉破除了我國碳纖維生產和裝備受制于人的被動局面。

  發(fā)展“大絲束”可降低碳纖維成本

  眾所周知,碳纖維是新能源、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的基礎,也是重大基礎設施建設的新型結構材料,更是大型飛機、衛(wèi)星、船舶等裝備研制和更新換代的重要基礎。

  在業(yè)內,通常將每束碳纖維根數大于4.8萬根(簡稱48K)的稱為大絲束碳纖維。

  “它每一根絲束都有4.8萬根纖維,每一根纖維的直徑只有頭發(fā)絲直徑的1/7到1/8。我們把碳纖維從特制的像花灑一樣的紡絲噴頭中噴出、擠出后,再對其進行像拉面條一樣的牽伸就形成了大絲束碳纖維原絲。”中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)碳纖維事業(yè)部副總經理李鵬介紹。

  目前,國內每束碳纖維基本處于1000根至1.2萬根之間,這樣的碳纖維被稱為小絲束碳纖維。但是由于小絲束碳纖維成本高,影響了下游企業(yè)應用碳纖維的積極性。

  “我們發(fā)現如果要推廣碳纖維實現工業(yè)化的應用,一定要發(fā)展‘大絲束’?!鄙虾J笨偨浝睃S翔宇強調,我們在開發(fā)過程中發(fā)現48K大絲束碳纖維的優(yōu)勢是在相同的工藝條件下,能夠大幅度地提高碳纖維的單線的生產能力,如果控制得好,它的質量性能也能得到保證,這樣就能夠實現低成本,從而打破了碳纖維高昂價格帶來的應用局限。

  用“中國技術”生產性能優(yōu)異的碳纖維

  碳纖維技術有著森嚴的技術壁壘,此前大絲束碳纖維生產技術主要掌握在美國、德國、日本的幾家大公司手中。中國石油化工集團有限公司(以下簡稱中國石化)是國內第一家、全球第四家掌握大絲束碳纖維技術的企業(yè)。

  大絲束碳纖維研發(fā)難在哪?上海石化相關技術負責人介紹,主要難點包括大絲束碳纖維制備過程中氧化反應放熱的有效控制、一束絲4.8萬根碳纖維的紡絲均勻穩(wěn)定性控制,以及生產線連續(xù)運行周期和穩(wěn)定性。

  黃翔宇介紹,為了在大絲束碳纖維制備中真正用上“中國技術”,上海石化從裝備到工藝,為大絲束碳纖維量身定制了專用生產線,如根據大絲束碳纖維的生產要求自行設計氧化爐、碳化爐,不僅成功掌握了控制溫度場的關鍵技術,而且進行了節(jié)能型設計,可實現能源綜合利用。

  此外,上海石化采用聚合物分子鏈結構調控技術獲得良好熱性能原絲,系統研究紡絲原液流變性能保證原絲質量穩(wěn)定性,開發(fā)特殊的連續(xù)生產技術,大大減少停車次數,極大提高生產效率。

  上海石化研發(fā)生產的大絲束碳纖維,是一種含碳量在95%以上的高強度新型纖維材料。其力學性能優(yōu)異,比重不到鋼的四分之一,強度卻是鋼的7—9倍,并且還具有耐腐蝕的特性。

  國產大絲束碳纖維已開始產業(yè)化布局

  上海石化首條48K大絲束碳纖維國產線可實現規(guī)?;⒏咂焚|生產。該項目計劃于2024年全部建成投產,屆時將達到2.4萬噸/年原絲、1.2萬噸/年大絲束碳纖維產能。

  自主研發(fā)大絲束碳纖維生產線投產,將給整個碳纖維市場帶來哪些影響?專家分析,首先隨著碳纖維國產化的不斷推進,對市場最大的影響是進口碳纖維價格的下降。

  數據顯示,隨著國內碳纖維國產化的推進,進口碳纖維價格預計將從最高每噸4.5萬美元降至每噸1萬美元左右,這對于全產業(yè)鏈應用來說是一個利好消息。

  數據顯示,2021年全球碳纖維需求量約為11.8萬噸,其中大絲束碳纖維需求量為51400噸,占比約43.5%。2021年我國碳纖維需求量達到6.24萬噸,較2020年增加27.7%,占全球碳纖維需求量的53%。專家表示,碳纖維在新能源、風電、光伏、汽車、體育用品等下游市場的應用需求將逐漸爆發(fā), 滲透率不斷提升。

  業(yè)內專家稱,中國碳纖維行業(yè)正處于快速發(fā)展階段,根據目前各企業(yè)已宣布的投資擴產計劃,如果所有建設項目可以順利投產落地,“十四五”末期,中國新增碳纖維產能將達21萬噸以上,其中新增大絲束碳纖維產能達17.6萬噸,中國大絲束產能擴張時代將隨之開啟。

  科技日報記者了解到,中國石化實現大絲束碳纖維量產之后,已經開始尋求和新能源汽車企業(yè)的合作,通過使用輕量化的碳纖維零部件,增加新能源汽車的續(xù)航里程。

  “我們和蔚來有框架合作協議,和比亞迪也有合作。我們在做汽車輕量化的工作,已經進入了產業(yè)化布局?!敝袊紫瘜<仪f毅說。

  中國復合材料工業(yè)協會秘書長孟弋潔表示,2030年,我國大絲束碳纖維產值應該能達到500億元量級,將帶動千億級的復合材料市場規(guī)模。

  除了大絲束碳纖維的研發(fā)和生產,中國石化也正大力推進碳纖維復合材料的研發(fā)和應用。中國石化有關負責人表示,在未來的碳纖維產業(yè)發(fā)展中,中國石化將在科研方面繼續(xù)加大投入,產業(yè)方面加快布局,機制體制方面深化創(chuàng)新,應用場景全面推廣,同時,堅持走自己的道路,做自己的特色產品。在“十四五”末,中國石化將在多種工藝流程實現通用級、大絲束、小絲束、高性能等產品的全面突破,進行總體布局,滿足國家各個領域的需求,為引領和推動中國碳纖維產業(yè)發(fā)展作出貢獻。

  延伸閱讀

  全球碳纖維需求量持續(xù)增長

  根據賽奧碳纖維《2016—2021全球碳纖維復合材料市場報告》,從全球的維度來看,碳纖維需求量從2016年的7.65萬噸增至2021年的11.8萬噸,復合年均增長率(CAGR)為9.02%,2021年同比增速從2020年的3.05%提升至10.42%,2025年預計全球需求量達20萬噸。從國內的維度來看,碳纖維需求量從2016年的1.96萬噸增至2021年的6.24萬噸,CAGR為26.06%,2021年的同比增速高達27.69%,2025年預計國內需求量為15.93萬噸。從應用領域來看,2021年全球和國內碳纖維的主要應用領域均是風電葉片。2021年全球碳纖維需求量占比前三的領域分別是風電葉片(27.97%)、體育休閑(15.68%)和航空航天(13.98%);而國內占比前三的領域分別是風電葉片(36.07%)、體育休閑(28.05%)和碳/碳復材(11.22%)。風電葉片、體育休閑、航空航天、碳/碳復材等領域的需求占據了碳纖維市場需求的主要部分。

【編輯:陳文韜】

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