本次会议由中国化学纤维工业协会和吉林市人民政府联合主办,由吉林化纤集团有限责任公司、中国化学纤维工业协会碳纤维分会、吉林碳谷碳纤维股份有限公司以及吉林精功碳纤维有限公司共同承办,会议主题为“自主创新与产业变革”。
会议由中国化学纤维工业协会副秘书长吕佳滨主持。
碳纤维是国民经济发展不可或缺的战略性新材料,然而,由于发达国家在技术、装备以及产品上实行重重封锁,我国碳纤维一直处于受制于人的状态,产业化关键技术基本局限在实验室。2003年之后,在政府、企业、科研院所、行业协会的共同努力下,我国碳纤维迎来了快速发展期,在航空航天、风电、汽车以及体育休闲等各个应用领域均实现重大突破。
吉林市人民政府副市长谢义在致辞时表示:碳纤维及其复合材料,不仅是发展国防尖端技术和保障国家安全的关键材料,也是实现国民经济发展的重要基础材料之一。近年来,我国碳纤维在产业化和规模化发展方面取得了重大突破,进入前所未有的新的发展阶段,发展势头强劲,初步形成了以山东、江苏和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地,培育了威海拓展、中复神鹰、江苏恒神、吉林碳谷等碳纤维生产骨干企业和一批碳纤维复合材料及制品企业,突破了国外的技术封锁,实现了“从无到有”和进口产品替代。
在主论坛环节,北京化工大学教授徐樑华作了《“十四五”碳纤维技术发展展望》的主题发言,他表示,DMSO原丝技术纳入国家计划20年,随着科研单位以及企业的研发创新,碳纤维产业技术不断成熟,单线产能达千吨级的生产线达8条,年生产能力约25000吨,目前已建立起国产聚丙烯腈碳纤维技术体系,主体技术方向明确,初步形成了从实验室研制到产业化的国产碳纤维研发生产平台,仿形编织、变径变厚变密度等复杂形状编织、湿法针刺工艺等技术日趋成熟,建立了国产高强碳纤维应用评价、复合材料制备与应用体系。碳纤维企业自主创新能力得到加强,造血功能不断提升,荣获了多项国家科技进步奖。“特别值得一提的是,数据库建设得到重视,这也标志着对碳纤维领域的认知得到突破。”徐樑华坦言。
此外,徐樑华还指出,我国碳纤维高端产品缺乏,生产成本居高不下,“十四五”期间要特别关注。他认为,当前国产碳纤维产业仍处于调整和稳定发展阶段,技术与产业目标要从现阶段的需求牵引发展到选材应用。“十四五”期间要生产以质量为基础的优质性价比碳纤维,提升以设计制造为核心的碳纤维应用技术,培育以创新应用为牵引的碳纤维应用市场,形成三位一体的协同机制。
他建议,通过对标式发展,实现进口替代,同时要坚持创新研发,呼应市场需求,他表示,一款碳纤维包打天下是不科学的,要通过定制,研发生产适用风电、轨道交通、土木工程等领域以及燃料电池等特殊需求的碳纤维研制,生产以质量为基础的优质性价比碳纤维生产,提升碳纤维中间制品的设计制造能力及水平。
“中国需要万吨级有效产能的碳纤维企业”,徐樑华呼吁,要关注技术和价值,建立创新自信,以创新获得发展机遇,以创新促进国产碳纤维技术的特色发展,以创新服务复合材料应用市场的拓展。
商务部产业安全与进出口管制局调研员彭毅作了《中国碳纤维出口管制合规及风险防范》的报告。他从核两用品出口管制清单、子弹及相关物项管制清单、违法行为和法律责任、调查执法主体等方面介绍了涉及碳纤维出口的法律法规,并结合相关案例,指出了碳纤维出口存在的风险,以及注意事项和防范措施。
中国对两用物项出口管制始于20世纪90年代中期,主要是为了维护国家安全和发展利益、履行国际义务,对大规模杀伤性武器及其运载工具相关两用物项、部分敏感军民两用品等出口实施管理和控制,防止上述两用品被转用而危害国家安全。商务部依法开展两用物项调查执法工作,对涉嫌违反两用物项出口管制法律法规的行为进行调查,并依法进行政处罚。
彭毅提到,碳纤维及复合材料对于国家的重要性不言而喻,要保护多年发展取得的成果,碳纤维上下游企业要树立风险防范意识,加强对有关法律法规学习,不断规范自身业务管理,遵循有关规定开展碳纤维国际贸易,提高企业国际影响力,推动我国碳纤维行业健康可持续发展。
吉林精功碳纤维有限公司总经理庄海林表示,随着全球风电、汽车等行业的发展,对低成本碳纤维复合材料需求逐渐扩大,大丝束碳纤维是碳纤维低成本化的成熟、有效途径之一。庄海林坦言,当前体育器材依然是中国碳纤维最重要的市场,占据近一半的市场份额。同时在风电巨头企业VESTAS强劲驱动下,风电叶片对碳纤维需求量迅猛增长。随着大丝束碳纤维成本及价格的不断下降,以体育器材、风电叶片、汽车、压力容器为目标市场的大丝束碳纤维已经步入发展快车道,有望在风电和汽车领域出现大规模增长。
他提到,吉林精功目前生产的25K碳纤维具有优异的力学性能,除密度小、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、导电、传热性好等特性外,因采用专用上浆剂还具有良好的展纱性、低毛羽以及良好的树脂浸润性和渗透性,使之具有优异的机械性能转化率。
吉林市科技局副局长宋家升详细介绍了吉林省碳纤维产业发展现状。他指出,当前,吉林省已形成了碳纤维产业的规模化、集群化发展态势,拥有“丙烯-丙烯腈-聚丙烯腈基碳纤维原丝-碳纤维-碳纤维下游制品”的完整产业链,成为我国碳纤维产业重要集聚地之一。目前,有20多家企业从事碳纤维原丝、碳丝及碳纤维制品研发及生产,碳纤维原丝产能16000吨,产品规格涵盖1K、3K、6K、12K、24K、48K;碳丝产能5500吨/年,产品性能达到了日本东丽公司T400水平,并突破了T700级技术指标;航天材料部件、硬质复合碳毡、加热制品、无人机等已形成批量生产。其中,吉林碳谷碳纤维有限公司的原丝产能及市场占有率、吉林精功碳丝单线产能、吉林联科特种石墨材料有限公司的碳纤维硬质复合碳毡产能均国内排名第一。长春长光宇航复合材料有限公司研制的空间相机复合材料机身结构、导弹弹体结构用复合材料舱段等产品处于国内领先水平,研制的先进复合材料卫星结构、火箭整流罩等产品处于国内先进水平。
西安富瑞达科技发展有限公司董事长刘永华介绍,碳纤维产业的发展离不开国产关键装备的进步,尤其是先进的碳化及其配套系统,随着国内碳纤维生产工艺技术的发展和突破,这些关键装备在满足生产企业使用的前提下也日趋产能化、智能化和节能化,向更好的满足碳纤维生产企业降低综合生产成本、提高纤维性能和稳定性的目标迈进。
产能化方面:随着各碳纤维生产企业不断地加大单线产能,丝束运行速度越来越快、运行密度越来越大,急需解决之前未得到重视的问题。以高、低温炭化装备为例,在产能化的发展历程中逐步解决了废气排出,丝束除湿、穿丝、带丝,低温炭化炉炉膛变形等问题。
智能化方面:装备的智能化日益受到碳纤维生产企业的重视,整条生产线使用DCS控制的企业日趋增多,单台关键设备使用独立PLC系统控制的企业也越来越多。通过装备智能化可以使装备运行更平稳,连续使用寿命更长;使生产更稳定、操作更规范、现场人员更少,使企业更受益。
节能化方面:通过对氧化炉表面及门廊、新风换热器、低温炭化炉表面等温度较低的热量进行回收,利用溴化锂制冷技术供应生产车间制冷使用;对高低温炭化炉废气管路、焚烧炉外表面等温度较高的热量进行回收,做升温处理,使其温度达到可利用温度;利用原丝车间的低品质、低热量的蒸汽制冷等。
威海拓展纤维有限公司总经理丛宗杰介绍了聚丙烯腈基碳纤维高效制备的三种技术途径,即提速(提高纺丝速度)、提束(增大纤维丝束)、单耗(降低单位成本)。
提速方面,干喷湿纺高纺速关键技术在于聚合时需大容量聚合釜传质传热;纺丝时需控制空气层高度稳定,快速凝固成型过程中调控好凝固浴内温度场、浓度场等,合理搭配牵伸倍数,保证丝束在牵伸时不受损伤;碳化时需高效均质预氧化等。
提束的关键技术在于大容量聚合釜传质传热、纺丝过程中高效水洗、避免预氧化炉污染等。国内具备生产大丝束能力主要的碳纤维厂家有蓝星、吉林精功、上海石化、威海拓展等,目前已实现了24K碳纤维千吨级批量生产,并在碳梁上得到应用验证。
单耗则可通过溶剂回收利用、生产线(氧化、低碳、高碳)热能综合利用、数字化生产控制等来实现。
同时他建议,碳纤维产业仍需要国家宏观调控,加强顶层设计、科学引导、加强应用牵引、完成供给结构平衡发展;从技术层面加强基础研究,深度加深产学研用合作模式;其次是要通过纤维制备工艺、辅料助剂配套、结构性能表征、装备研制支撑、应用服务根据五个方面完善产业体系;此外,要装备技术、产品合格率以及连续化生产实现规模化运行。最后,他建议要合理利用国家地域资源,从资源角度弥补生产环节中的短板。
山东大学教授朱波指出,碳纤维在氢能源领域应用广泛,既是高压储氢罐体的增强材料,又可以作为氢燃料电池的扩散层,还可以作为储氢材料使用。在固态储氢系统方面,与传统活性炭吸附材料不同,活性碳纤维的孔径直接开口于纤维表面,大大缩短了吸附过程中吸附质的吸附路径,且其比表面积更大,微孔所占比例相比传统活性炭材料更高,介孔、大孔含量很少。
活性碳纤维储氢未来发展趋势包括:高比表面积和孔容积超级活性碳纤维的制备,活性碳纤维的孔径可控性制备,活性碳纤维的孔径调控工艺,活性碳纤维-催化剂复合储氢技术和活性碳纤维-高压系统复合储氢技术。朱波表示,碳纤维在氢燃料电池电极上的应用(指其在质子交换膜燃料电池中的应用)前景广阔。在氢能源汽车上,碳纤维不是选配件,而是必须件。
广州赛奥碳纤维技术有限公司总经理林刚从应用、成本、区域、制造工艺及基体需求等多个方面,对全球碳纤维复合材料市场做了详尽分析。他指出,全球碳纤维复合材料总量为14.23万吨,总金额139亿美元,中国碳纤维复合材料市场47692吨,总额282.93亿元。其中航空航天、体育器材以及风电市场是主要应用市场。
林刚认为,近20年的发展使中国碳纤维产业的思想逐步成熟与平静,开拓创新已有基础;中国碳纤维发展商业模式已经基本形成:航空航天小丝束、工业用小丝束与工业用大丝束三大商业模式及发展模式已基本清晰;工业用大丝束具有广阔的重新定义与世界标准的空间:量身定制、规模效应及价值链低成本要求之下,纤维到应用的价值链会高度集成。大小丝束的高性能技术与低成本技术的融合,将成为业界重要的潮流。中国碳纤维要在自己创造的应用生态环境中,去创新创造,为全球产业奉献独特价值。
浙江精功科技股份有限公司总经理助理孙锋指出,目前国内碳纤维核心设备大部分进口,但设备供应商对碳纤维生产工艺不熟悉,存在设备与工艺不匹配,影响生产线的运行效率,产品成本难以下降,同时国外供应商的售后服务难以跟上。同时受国际关系影响,碳纤维进口设备有“卡脖子”现象,或者漫长的许可证审批过程,都会影响碳纤维生产企业正常运行和计划。对此,精功科技从2013年开始布局碳纤维装备产业,先后成立碳纤维装备分公司和研究院,已设计完成3m宽幅(2000吨级)生产线3条。吉林精功2000吨级碳纤维装备的稳定高效运行为下一步国产碳纤维设备的开发升级提供了重要的依据。
在总结发言中,中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平谈到,“两三年前,我觉得行业的整体情绪不高。最近这两年出现分水岭,特别是这次会议大家情绪比较高涨。这说明国产碳纤维技术水平提升,国产碳纤维得到了市场认可”。
对碳纤维产业的整体发展,端小平提出几点思考:一是行业周期和成熟度。以涤纶行业为例,涤纶行业从开始到发展到基本成熟,基本用了30年,每10年会有一个周期,会有规模比较大的一次整合,促进这种整合和变化背后的原因主要是两点,一是技术进步,二是金融危机。涤纶行业过去30年有3次大的整合和变化,结果是发生企业并购重组,有企业破产,也有新进入者出现。碳纤维技术难度大,但是社会整体技术进步是加速度的,所以仍然可以假设碳纤维产业基本成熟需30年,如果从2005~2007年开始算起,距离2035年还有十六七年时间。目前,行业已经经历了一次调整,已经有出局的企业,本轮调整基本接近尾声。到2035~2037年,产业距离成熟已经走完了40%的路程,在此过程中,机遇和挑战并存。二是产业所有制成份的变化。2005年之前基本是国有在主导,从光威、神鹰进入,逐渐演化为民营在主导。目前经历第一次整合后,似乎又出现了国有加大进入力度的趋势。这种现象会带来什么影响?值得思考。三是应用方面,计划跟不上变化。前几年人们以为汽车行业的风口很快就要来了,但这两年并没看出来汽车领域轻量化有放量的趋势。尽管如此,我们还是要做深入研究,汽车产业为何没出现大规模应用,可能是技术上的原因阻碍了其大量应用。这两年风电行业风生水起。未来,也可能会出现我们之前没想到的应用领域。四是碳纤维产业链关联度较高,研发主导不能轻易下结论,但一体化是方向。总之,碳纤维行业要“不忘初心,牢记使命”,打造世界一流的碳纤维及复合材料产业,突破产业关键技术及材料,为国民经济和国家重大工程建设建功立业。
此外,与会人员还参观了吉林化纤集团碳纤维原丝及碳化生产线。