我国碳纤维行业发展前景分析

      内容提示：大多数P A N - C F生产企业都在积极开发碳纤维新品种，发展下游碳纤维材料产业链，包括高压输电线、风电叶片、工程塑料、汽车部件、压力容器、结构加固用片材等。

      1.降低碳纤维的生产及应用成本

      “十二五”期间，我国碳纤维行业面临的主要挑战是生产成本高于进口产品。国外正试验采用P A N外的其他原料（例如，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃类高分子材料及木质素等）作高性能碳纤维用原丝，或是通过改进现P A N原丝的工艺技术（化学改性、辐照稳定化处理等），达到降低原丝生产成本的目的。此外，东丽等公司将碳纤维与塑料混合，制造成本约2000日元/ k g，比同强度的不可回收材料低30%多。

      在碳纤维复合材料的应用领域，世界主要碳纤维生产企业也在积极探索新的工艺方法来降低碳纤维材料的应用成本。例如，新日本石油公司开发了针对桥梁等建筑结构物进行碳纤维复合材料高效补强的“Hiper CF”工法，比以往方法少用碳纤维片材约1/3，对桥面的补强成本减少30%。

      在复合材料制品的成型技术方面，东丽发明的碳纤维复合材料汽车前底盘的压制成型时间，已由原10min缩短至3min。

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      2.开发适应市场需要的新品种

      大多数P A N - C F生产企业都在积极开发碳纤维新品种，发展下游碳纤维材料产业链，包括高压输电线、风电叶片、工程塑料、汽车部件、压力容器、结构加固用片材等。

      例如：东丽公司已决定逐步淘汰T300类碳纤维，重点发展抗拉伸强度为4000 ～5000M P a的碳纤维品种（价格与T300基本相当）；三菱公司开发50K和60K的大丝束碳纤维新品种“Pyrofil P330”，产品综合性能达到该公司“TR50S/TRH50”（相当于T700水平）小丝束碳纤维的性能水平，可满足大型风电和高压输电线张力新材的需求；东邦T e n ax开发的导入超高强型的“Tenax-EUTS 5524K”新品种，用于深海油田碳纤维复合材料管道、脐带式管、缆、高压容器和新一代飞机；东洋碳素开发出采用短切碳纤维的碳/碳复合材料，无需经表面加工处理，生产成本低，可用于航空航天和半导体制备工程；UMG A B S公司开发的碳纤维增强丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（ABS树脂，简称ABS）多功能产品用于笔记本电脑、手机、相机外壳等。

      3.碳纤维材料的循环再利用

      2007年以来，全球每年约3万t碳纤维投入使用。2010年全球废弃的碳纤维复合材料（包括碳纤维、碳纤维预浸料及各类碳纤维复合材料废弃物）约2万t，其中含碳纤维1万t以上，按平均价格700元/ k g计算，约合人民币70亿元以上，废弃物循环利用的经济价值越来越高。

      碳纤维废弃物主要包括：生产过程产生的废弃物（通过一定方式处理后可再利用）；较为集中的使用寿命结束制品类废弃物，如飞机、桥梁与建筑维修加强、汽车、能源、核电等使用的碳纤维复合材料制品废弃物。除航天领域用碳纤维复合材料制品废弃物不可或难以回收外，原则上其余碳纤维复合材料废弃物均可通过一定方式予以回收。

      碳纤维复合材料废弃物主要成分为碳纤维和环氧、乙烯基树脂等聚合物基体的混合物。前者主要成分碳在90％以上，其氧化处理产物主要为C O2 ；后者主要成分为碳、氢、氧、氮、硫等，其氧化处理产物通常为C O2、NOx、SOx、H2O，其中H2O对环境无影响。由表16碳纤维和玻璃纤维对环境影响对比分析[6]，可以看出碳纤维生产能耗约为玻璃纤维的12倍，环境影响约为其60倍多，由此可见碳纤维循环利用的环境价值极高。进行无氧或缺氧处理时，碳纤维基本不发生变化，聚合物基体混合物热解为汽油、燃油、单体等碳氢有机物，收集处理后可再利用，有利于减轻环境污染。

      目前，国内碳纤维复合材料废弃物回收再利用尚处于探索起步阶段。

      欧美等国通过颁布法令等措施予以促进其回收再利用。例如，日本东丽公司、帝人公司和三菱丽阳公司计划联手大规模生产循环碳纤维，于2009年建立合资企业，从飞机和其他设备中回收和循环利用使用过的碳纤维，以促进高强轻质材料的回收利用。

      4.国家将继续鼓励行业健康有序发展

      国家发展和改革委员会于2008-2009年组织实施高性能纤维复合材料高技术产业化专项，重点支持碳纤维、芳纶、高强高模聚乙烯纤维及其高性能复合材料的生产技术及关键装备的产业化示范，以满足国民经济以及航空航天等高技术产业发展的需求，培育一批具有国际竞争力的龙头企业。

      在高性能碳纤维复合材料项目中，国家将重点支持千吨级高性能碳纤维和P A N原丝生产工艺技术，预氧化炉、碳化炉等大型关键设备制造，纺丝油剂、碳纤维上浆剂、预浸料等重要辅助材料开发，以及高性能树脂基体材料开发、高性能碳纤维复合材料应用技术的产业化等；同时，着力制定和完善高性能碳纤维生产、产品和应用的相关标准。