期待跳出常規纖維興衰週期，碳纖維準備跨越“青春期”
2023年11月8~9日，中國碳纖維產業鏈創新發展論壇暨2023年中國化學纖維工業協會碳纖維分會年會在江蘇省丹陽市召開。本次會議由中國化學纖維工業協會、丹陽市人民政府主辦，江蘇恆神股份有限公司、中國化學纖維工業協會碳纖維分會承辦。
中國紡織工業聯合會原會長王天凱、副會長端小平，國家發展改革委產業發展司副司長曹傳貞，中國化學纖維工業協會會長陳新偉、原副會長賀燕麗、原副會長趙向東，中國紡織工業聯合會科技發展部主任張傳雄，國家先進功能纖維創新中心主任王玉萍，中國國際工程諮詢有限公司主任級高級諮詢師樂友華，江蘇省發展改革委副主任黃海楠，丹陽市委副書記、市長宋飛雄，江蘇恆神股份有限公司董事長劉瑾等領導嘉賓，以及來自國家部委、行業協會，江蘇省發改委，鎮江市發改委、丹陽市經發局、科技局等部門，國內外碳纖維生產及應用企業、高等院校、科研院所、媒體等200多人蔘加會議。會議由中國化學纖維工業協會副會長呂佳濱、副秘書長靳高嶺共同主持。
我國碳纖維產業發展迅速
作爲國民經濟和國防建設不可或缺的戰略性新材料之一，經過多年發展，我國碳纖維行業已基本建成了產品和技術多元化、產業鏈配套齊全的國產碳纖維技術體系，形成了年產近12萬噸的產業規模，整體已進入國際先進行列。
產業的發展進步離不開國家、地方政府、行業協會的方向引領和大力支持，也離不開產業鏈各環節相關企業、企業家以及科研院所、科學家的孜孜以求和辛勤付出。
多年來，國家發改委高度重視碳纖維及複合材料產業發展，認真貫徹黨中央、國務院關於推進高性能纖維爲代表的戰略性新興材料發展的一系列決策部署，與相關部門、單位、協會和企業通力合作，通過制定產業政策、修訂調整產業目錄以及實施相關專項，支持碳纖維及複合材料產業化生產及應用。“目前高性能碳纖維國產化取得了突破性進展，同時還涌現出一批具有較強競爭力的碳纖維生產及應用重點企業，這極大地促進了我國碳纖維產業鏈整體技術和產業化水平的提升，爲提升我國製造業核心競爭力，提高我國關鍵材料自主保障能力給予了重要支撐。”國家發改委產業司副司長曹傳貞在致辭時表示。
對於未來如何助力我國碳纖維及複合材料產業的高質量發展，曹傳貞提出兩點希望：一是希望有關地方和碳纖維產業鏈相關企業，要主動作爲，在發展中勇挑重擔、勇於創新，進一步加強碳纖維及複合材料自主研發，着力推動碳纖維產業基礎再造，補短板鍛長板，構建具有中國特色的碳纖維產業技術體系和全產業鏈智能製造優勢；二是希望行業協會充分發揮好政府與企業之間的橋樑紐帶作用，凝聚共識，繼續精研行業運行，協調行業科技資源，反映企業訴求，促進碳纖維上下游產業的交流與合作，推動行業健康、有序高質量發展。最後他表示，國家發改委產業司也將一如既往地支持碳纖維等新材料發展：一是推進關鍵技術裝備聯合攻關，二是支持龍頭企業做實做優做強，三是統籌推進產業持續健康發展。堅持市場在資源配置中的決定性作用，更好發揮政府作用，強化碳纖維產業發展的統籌謀劃和指導，優化產業佈局，完善技術體系，推進協同發展，實現量的合理增長和質的穩步提升。
江蘇省丹陽市市委副書記、市長宋飛雄在致辭時表示，近年來，丹陽積極打造“4+3+1”產業體系，在做強五金工具、家紡等傳統產業的同時，積極發展碳纖維等新材料產業以及高端裝備製造、生命健康產業，着力打造經濟發展新的增長極，涌現了以恆神爲代表的一大批新材料優質企業。宋飛雄希望各位業界精英、專家學者能夠乘着此次年會的東風，與丹陽的相關企業進行深度交流合作，以智慧之光碰撞思想火花、以深層探討開展實質合作，共同繪製碳纖維產業、新材料產業發展“新藍海”。丹陽市委市政府將全力營造更好更優的政策環境、公平有序的市場環境、高效便利的政務環境、公正透明的法治環境、親商安商的人文環境，服務所有在丹陽投資興業的企業，真正讓全體企業家、創業者和各類人才輕裝前行、穩健奔跑，提振信心、投資安心，讓大家在丹陽生活與發展如沐春風。
江蘇恆神股份有限公司董事長劉瑾在致辭時表示，過去三年，我們見證了碳纖維行業在技術創新、產品質量、生產能力等方面取得的顯著進步；我們也見識了碳纖維在衆多領域大放異彩，無論是航空航天、汽車輕量化領域的突破，還是風力發電、光伏、氫能源等領域的發展，以及智能製造等領域的創新應用，碳纖維都以其獨特的性能和潛力，爲我們的生活和工作帶來前所未有的便利和高效，爲我國製造業的轉型升級提供了有力保障。
當然，我國碳纖維行業的發展仍然面臨着諸多挑戰。對此，劉瑾表示，“我們國內碳纖維行業的產、學、研、用各界，更應該攜手協同、並肩攻關，共同推動行業發展與進步，讓碳纖維這一‘黑色黃金‘賦予國之重器錚錚鐵骨，帶給民族產業真金白銀”。恆神也期待與更多的企業、研究機構、政府部門等開展深度合作，真誠交流、共享資源、優勢互補，共同推動碳纖維行業的繁榮發展。
作爲典型的“全產業鏈”企業，恆神業務涵蓋碳纖維、樹脂、織物、預浸料、複合材料等。自成立以來，恆神始終以“用心做好每一根碳絲”的初心與行業一路同行，經過幾代人的接續奮鬥，目前恆神已建成年產碳纖維5000噸、織物和預浸料1500萬平方米、高性能樹脂1200噸、複合材料製件5000噸的產能，實現了從HF10到HF40級各規格纖維的穩定批量生產和應用。在產業佈局方面，在陝煤集團的支持下，恆神在陝西省榆林市投資建設2萬噸/年高性能碳纖維生產基地，目前自貢恆神無人機產業園正如火如荼建設中，已形成東西部地區三大生產基地互補協同、結構合理的產能格局。在應用拓展方面，近年來恆神在商用航空裝備上持續深耕，圍繞大飛機、通用飛機、無人機的複合材料結構件進行設計研究開發，依託恆神從碳纖維、樹脂預浸料到製造成型工藝的全產業鏈優勢，真正將材料、設計、製造一體化的複合材料開發應用理念貫徹到產品服務中，這已成爲恆神發展的另一強勁動力。
立足長遠“跳出”常規纖維的興衰週期
會上，演講嘉賓暢談了半個世紀以來碳纖維行業的長足發展，分析了2023年行業面臨的挑戰和困境，更是不約而同提到“興衰週期”。中國紡織工業聯合會副會長端小平結合大會主要議題及內容對碳纖維產業發展提出五點思考：
一是如何避免落入常規纖維的發展陷阱。端小平以聚酯纖維行業30多年曆經四輪產能過剩週期爲例指出，“碳纖維是奢侈品，不能賣超市價。而如今我們在2021年C8海南論壇的擔憂正在變成現實，能否‘跳出‘常規纖維興衰的週期，需要依賴業界同仁的智慧。”
二是如何不斷開拓新的應用場景。碳纖維與常規纖維的發展和應用有本質的區別，常規纖維依賴於人口的增長和生活質量的提升，而碳纖維行業最近三年的一輪擴張受益於兩個因素：一是疫情給國產纖維找到了替代進口纖維的機會，解決了某些領域能不能用和敢不敢用的問題，二是風電葉片的應用需求迅速增長。“對於下一個應用風口，我們一直在猜測，缺乏系統性研究，我們如何解決交通運輸、航空航天等應用領域涉及到的安全問題，給他們什麼樣的底氣和勇氣？如何從衆多競爭者中突圍？如何不斷開拓新的應用場景，是支撐行業可持續發展的重要問題。”
三是如何更輕更強更低。“任何創新和突破必須要有理論爲基礎，要不然我們還會重複以前發展初期的老路，即邊學邊幹，邊幹邊改，那一定不會取得跨越式的技術進步。當然，更輕更強的性能和更低的成本需要產業鏈的同心合作。”
四是如何更精更穩更安全。“如今，我們到了拾遺補缺、填平補齊的發展新階段，一些過去被忽視的問題要逐步解決，比如關鍵零部件的國產化及其與進口產品應用比重的提升（30/70），油劑、助劑、上漿劑與進口產品應用比重的提升（50/50）等。”
五是如何提高行業發展的成熟度，讓行業發展更有理性，競爭更加有序。“如果用年齡來衡量一個產業發展的成熟度，在碳纖維行業，若將日本看作是50歲，中國則是15歲，希望我們儘快跨過‘青春期’，進入成熟理性、高質量發展的新階段。”
以優秀的技術、裝備、應用場景
跨過“青春期”
步入新發展階段，我國碳纖維關鍵技術、市場、應用發展特點如何？如何提高碳纖維產業技術成熟度？如何提升產品質量穩定性？如何進一步提高生產效率、降低成本，以滿足不斷增長的市場差異化需求？如何以新的應用拉動需求從而牽引碳纖維用量？如何推動裝備智能化？如何更好地提升碳纖維的國際競爭力？接下來碳纖維行業、企業應該如何發展順利跨過“青春期“？這些被深入探討的議題吸引了與會者廣泛關注。
國產碳纖維技術成熟度提升路徑探討
▲徐樑華
北京化工大學教授徐樑華重點介紹了國產碳纖維技術成熟度的提升路徑。他強調，行業要充分認識到碳纖維技術成熟度提升的重要性。基於高技術成熟度生產的碳纖維，可以讓用戶敢用、放心用，市場接受度纔會提高；也有利於企業真正降成本，更好地拓展市場。
碳纖維技術成熟度提升主要包含3個要素。行業要從團隊成員意識提高開始，藉助產品性能質量的科學全面評價體系建設，最終實現質量可控可調、應用普適性和應用工藝性能的穩定。
一是團隊水平。“這主要是帶頭人的意識，要充分意識到技術成熟度的重要性。當前生產企業與應用企業對碳纖維質量好壞的認識不同，信息常常是矛盾的，這主要就是因爲生產企業沒有把握好產品的質量一致性，對碳纖維性能的把握不夠精準。”徐樑華說。
二是工藝包質量，包括工藝窗口合理性、工藝迎合新的評價體系，以及輔料助劑的可控配套。要關注碳纖維毛絲、起毛、集束/分散性、展寬性、浸潤性、表截面形貌結構穩定性、強度等性能利用率。
三是裝備能力。要提升裝備的工藝適應性水平，具備對裝備進行二次改造的能力；工藝參數要可控；要關注裝備利用效率與節能效果，包括單線產能發揮率、產量能耗水平；要關注裝備的運維成本；還要關注裝備安裝與運行水平。
徐樑華強調，現在已經到了必須重視國產碳纖維產業技術成熟度提升的時期。要注意的是，技術成熟度不能只靠碳纖維企業自己提升，還要跟應用領域建立起良好關係，需要在應用中不斷提升。
碳纖維複合材料發展及展望
▲盧宏萍
中國複合材料工業協會副秘書長盧宏萍對我國碳纖維複合材料的發展現狀及趨勢進行了深入分析。她介紹，2018年全球碳纖維複合材料市場規模爲129.67億美元，到2022年增至213.26億美元，年均複合增長率爲13.24%。她以航空、航天、電力、新能源、汽車、軌道交通、海洋工程、體育休閒等應用領域爲例，介紹了當前碳纖維複合材料的應用進展。同時指出，當前碳纖維複合材料行業面臨的挑戰和壓力，對外亟待拓展應用領域，對內需進一步提升工藝水平，加強專業團隊建設。爲此，她提出三點發展思路和建議：一是材料質量與定製化設計，即注重原材料本身質量，並從分子結構層面對目標材料體系進行設計，特別關注使用溫度、韌性、工藝特性和浸潤特性；二是結構一體化、智能製造化，即加強復材設計方法和基於製造的工程的設計研究，按復材的特性進行設計，重視自動化技術並控制成本；三是人員團隊政策三位一體，即選拔優秀復材專業人員，組建針對性研發團隊，結合國家政策，建立適應復材未來發展的高素質團隊。
國產複合材料如何進入通航市場
▲劉秀芝
中國已成爲全球最主要的通用飛機市場之一。隨着國務院、國家發改委和民航局發展通航產業的頂層規劃、適航審定政策和低空空域開放政策的相繼出臺，通航產業迎來了快速發展機遇期。未來國產複合材料如何更好地適應我國通航產業發展趨勢，更加安全地實現在通航飛機上的大規模應用，中國民用航空瀋陽航空器適航審定中心研究員劉秀芝圍繞此進行了詳細解讀。
她指出，設計是先導，材料是基礎，製造是關鍵，檢測是保障。當前，對複合材料的適航驗證重點關注材料的穩定性、製造可重複性和質量一致性等幾個關鍵問題，這個思路和指導思想貫穿適航驗證的全程。因此國產複合材料要想進入通航產業鏈，必須解決能不能用、好不好用、敢不敢用的問題，缺一不可；必須以用戶需求爲牽引，以問題爲導向，由局方牽頭結合國內複合材料實際情況，開展通航產業相關技術基礎性研究工作，制定我國通航產業發展的相關技術規則，才能更好地適應我國通航產業發展的大趨勢。
在此前提下，2020年，由民航瀋陽審定中心牽頭的中國民用航空局航空器適航審定司“安全能力”建設項目-“通航用國產複合材料性能共享數據庫建立”項目第一階段啓動。歷經3年，目前已建立通航先進複合材料性能數據中心（CNCAMP）頂層管理體系，完成了CNCAMP數據庫平臺1.0版，以及首批2種入庫材料相關材料規範、工藝規範、材料性能報告等文件。基於第一階段的研究成果，她認爲國產複合材料的技術水平還有很大的提升空間，材料供應商的質量管理需進一步加強，同時突破入庫材料質量一致性監管問題。
超高性能碳纖維的開發與挑戰
▲張淑斌
江蘇恆神股份有限公司碳纖維研發總監張淑斌重點介紹了超高性能碳纖維的開發現狀與發展挑戰。超高性能碳纖維的特點是：產量少，附加值高，應用領域集中；技術門檻高，製備難度大；象徵意義重大。
以T1100爲例，是近10年來最高強度的碳纖維產品。日本企業研發生產的T1100已經在航空航天領域和高端體育休閒領域實現了規模化應用。今年10月底，日本企業又正式發佈了T1200超高強度碳纖維，其拉伸強度爲8GPa，拉伸模量爲315GPa，斷裂伸長率爲2.5%，潛在應用市場包括高端體育休閒、航空航天。目前，我國已成功開發出T1100級碳纖維的企業包括中復神鷹、光威復材和江蘇恆神等，正在進行工程化生產和應用驗證。
張淑斌介紹，實現超高強度碳纖維的技術路徑包括纖維的細旦化、原絲的緻密化和超高分子量聚合物。超高強度碳纖維的應用領域包括：超輕量化結構領域，如航天等對減重有極致需求；薄壁結構領域，如超薄材料；容器結構領域，如貯箱類、壓力容器類結構。
“如果說碳纖維是整個高技術行業的‘皇冠‘，那麼超高性能碳纖維是’皇冠上的明珠‘，是對碳纖維材料研發和製備技術實力最集中、最突出、最直接的體現。國產碳纖維長期處於跟隨者的地位，超高性能碳纖維領域是改變這一地位的最佳突破點之一。在當前的工藝路線下，對於碳纖維強度極限的探索將是大家共同的目標。“張淑斌由衷地說。
碳纖維產業智能製造探討
▲朱波
山東大學教授朱波圍繞國內碳纖維產業自動化、數字化及智能化建設現狀、存在的問題及發展方向展開探討。他表示，碳纖維智能製造從獨立設備單元自動控制→生產線聯動自動化→數字化車間→智能工廠→生態智能聯動，生產控制環節繁雜，穩定化要求極高。目前國內雖已實現碳纖維大部分生產設備的自動化，但工序間缺乏互聯互通，未建立質量追溯體系，缺乏對生產經營數據的深度挖掘和分析，缺少集中監控系統以及MES、WMS、看板等信息化系統，距離智能化尚遠。要實現碳纖維智能製造，需要突破智能製造管理標準體系、產品質量標準體系、信息化安全標準體系以及客戶服務標準體系等問題。基於現狀分析，他提出了“智能裝備層、數據傳輸層、智能執行層、研發設計層、ERP業務層以及大數據應用層”的碳纖維智能工廠總體設計框架，以及“工廠智能製造規劃設計→研發關鍵裝備→搭建數據互聯平臺→開發智能製造軟件系統→系統集成與應用驗證”的總體技術路線。在此基礎上，朱波分享了碳化線控制系統網絡架構、上位機系統、軟件開發、網絡拓撲、功能模塊開發方面的案例。
國產碳纖維在高壓儲氫氣瓶上的應用研究
▲袁卓偉
在“碳達峰、碳中和”目標下，發展氫能成爲全球共識。我國2022年3月發佈的《氫能產業發展中長期規劃（2021—2035年）》，首次明確了氫能的戰略地位。在此背景下，車載儲氫瓶市場將迎來蓬勃發展期，儲氫瓶用國產碳纖維也將迎來新的發展機遇。中材科技（蘇州）有限公司副總經理袁卓偉圍繞“國產碳纖維在高壓儲氫氣瓶上的應用研究”，探討了高壓儲氫氣瓶的市場前景及發展趨勢，剖析了現階段國產碳纖維在此領域應用存在的問題。從市場前景來看，預計2025年高壓儲氫氣瓶的碳纖維需求量將達5000噸，2030年需求量近7萬噸；從技術趨勢看，未來儲氫氣瓶將進一步朝着輕量化、高壓化、高性能方向發展。目前碳纖維在高壓儲氫氣瓶領域的應用技術難點主要集中在穩定適配方面，涉及纖維性能穩定性、樹脂體系適配性、纏繞工藝、成型裝備等問題。結合中材科技的實際研究工作，袁卓偉指出，總的來說，國產碳纖維在強度和模量上並不遜於進口碳纖維，個別優於進口，但在單紗強度、斷裂伸長率等性能指標的穩定性方面有待進一步提升，建議國產碳纖維行業進一步提升質量一致性，加強成本控制和產品性能轉化率。同時呼籲，只有上下游共同努力，協同攻關，才能實現高壓儲氫氣瓶產業鏈上各環節的共贏。
碳纖維用油劑和上漿劑的最新科研進展
▲楊春才
吉林師範大學教授、吉林乾仁新材料有限公司董事長楊春才介紹了碳纖維用油劑和上漿劑的最新科研進展。碳纖維用油劑多采用改性硅油復配，通常組成爲胺基改性硅油、環氧改性硅油和聚醚改性硅油，通過外乳化劑乳化製備。溼法紡絲、幹法紡絲和幹噴溼紡對油劑的要求不一樣。
針對目前復配油劑存在的問題，公司已開發出系列具有自主知識產權的油劑產品，分子量／粘度及乳液膠束粒徑大小可調，可以滿足原絲溼法紡絲、幹噴溼紡和幹法紡絲工藝生產，同時可以適合高強度T800及以上型號碳纖維用油劑，解決原絲碳化後碳纖維界面黏結力差的問題。
上漿劑產品可極大地提高纖維、上漿劑和樹脂之間的界面黏結力，增強複合材料層間剪切強度，提高纖維強度在複合材料中轉化率，上漿後的碳纖維適合不同終端產品生產工藝如拉擠碳板、纏繞氫氣瓶、碳纖維預浸料等。
2023年前三季度中國碳纖維產業運行概況
▲陳宇航
安徽贏碳新材料科技有限公司副總經理陳宇航介紹了我國碳纖維行業前三季度運行情況和發展趨勢。
2023年前三季度，我國進口碳纖維、及其織物和預浸料合計12731噸，同比下降41.55%，合計進口金額309240萬元，同比下降26.67%；其中，進口碳纖維10973噸，同比下降42.05%，碳纖維進口額爲208559萬元，同比下降29.69%。
根據調研，受體育用品、風電兩個主要需求領域用量下滑影響，前三季度，國產碳纖維銷售量約爲3萬噸。以風電領域應用爲例，今年國外風電主機廠需求下降約40%以上，但其他主機廠的碳纖維使用比例有所上升。國產風電主機廠使用碳纖維用量約爲4000噸，主要爲明陽、上海電氣、金風科技等。
陳宇航預測2023年我國碳纖維需求量將有所下降，國產碳纖維的用量佔比預計在70%左右。
對於新釋放的產能如何消化？陳宇航表示，建議企業提高產品出口比例，參與國際競爭，也要開拓更多的應用領域。“國產碳纖維目前已經有能力出口到其他國家，在國外很多領域的應用已經沒有問題，希望能進一步提高穩定性，而且產品出口能享受13%的退稅。所以，國產碳纖維加大出口很有機會。”
分會閉門會
同期，2023年中國化學纖維工業協會碳纖維分會閉門會在丹陽舉行。中國紡織工業聯合會原會長王天凱，中國化學纖維工業協會會長陳新偉、原副會長賀燕麗、副會長呂佳濱等領導以及來自江蘇恆神、威海拓展、中復神鷹、吉林化纖、浙江寶旌、江蘇澳盛、鴻基偉業、新創碳谷等8家國內主要碳纖維生產及應用企業相關負責人，以及北京化工大學、山東大學等高校專家出席了會議。
會上，參會代表分別介紹了各自2023年的經營生產、營收盈利、市場供需、新增產能，以及當前行業存在的問題，並圍繞接下來的行業發展趨勢、市場供需變化和經營發展思路等話題進行了深入討論。
對於行業企業下一步發展，中國化學纖維工業協會會長陳新偉提出六點建議：一是練好內功，不斷提升產品品質和質量的穩定性，並做好產品的差異化，這樣客戶粘性提高，市場就隨之而來。二是做好服務，通過產業鏈聯合探索、開發新產品或是迭代產品，拓展新的應用場景，同時爲下游用戶提供更爲專業的應用解決方案，幫他們解決實際問題。三是要保持碳纖維高性能的屬性，在應用中體現其應有的價值，讓其完全替代某些性價比更好的產品不現實。四是針對當前碳纖維相關公共平臺發揮作用不明顯等現狀，要以有效的方式去推動產業推廣和對接，要把平臺的公共職能落到實處。五是探索技術成熟度標準化評價，在標準化框架下給下游更多的選擇，賦予下游更多的信任。六是堅持年會慣例，分會可根據不同的情況擴大年會參與的單位範疇，並結合業界 關注的行業焦點問題，有針對性的提出會議議題，通過共同研究討論，提出相關政策建議等。
（來源：中國化學纖維工業協會）
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