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国产碳纤维“造血”功能大提升!行业大咖齐聚吉林论坛探讨未来

发表时间:2019-09-17

美丽的松花江静静地在吉林市穿城流过,吉林也因此有着“北国江城”的美誉,但这座吉林省第二大城市的底色和气质里不止有秀美,还充满了“硬核”风——这里是我国碳纤维产业重要的集群地之一。在国产碳纤维过往的历史发展进程中,吉林市真切地留下了浓墨重彩的一笔,至今,这里仍在相当程度上引领着国内碳纤维产业发展的风向。


7月25日,吉林碳纤维及复合材料产业链创新发展论坛暨2019中国化学纤维工业协会碳纤维分会年会在吉林市召开。

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和吉林精功碳纤维有限公司共同承办。会议对我国碳纤维产业近两年取得的突出成绩、大丝束碳纤维的发展新成果、国产碳纤维发力的特色应用领域、如何推进碳纤维与下游应用领域协调发展等话题进行了深入探讨。

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,中国工程院院士蒋士成,中国化学纤维工业协会副会长贺燕丽,国家商务部产业安全与进出口管制局调研员彭毅,中国纺织工业联合会副秘书长、纺织之光科技教育基金会常务副理事长叶志民,中国纺织工业联合会科技发展部副主任王玉萍,吉林市人民政府副市长谢义,吉林化纤集团有限责任公司董事长、总经理宋德武等嘉宾,以及来自吉林市科技局、工信局的相关代表和来自国内外碳纤维产业链企业、高等院校、科研院所的相关代表等300多人参加了会议。

行业技术创新活力空前

“几年前,我觉得国产碳纤维行业的整体情绪仍不太高。但这两年,行业发展已经出现了‘分水岭’,特别是这次会议,大家的情绪比较高涨。这说明,国产碳纤维的技术水平提升,国产碳纤维得到了市场认可。”端小平在会上发出的这番感慨,引起了大家的共鸣。

国产碳纤维行业这些年披荆斩棘一路发展而来,当前从业者情绪高涨背后是因为有着坚实的成果支撑。

北京化工大学材料科学与工程学院副院长、国家碳纤维工程技术研究中心主任徐?呕?诨嵘辖樯堋笆??濉逼诩涔??枷宋?诩际踅?健⒉?祷??降确矫嫠?〉玫慕?绞碧乇鹎康鳎骸??饧改辏?萌诵朔艿氖枪??枷宋?笠档拇葱氯惹楦哒牵?笠档募际醮葱禄盍?涨埃?葱履芰μ嵘?S绕涫墙衲暌岳矗??菲笠档拇葱录际跞〉昧丝涨暗某晒?!?br />
他介绍,今年,我国12K干喷湿法碳纤维的纺丝速度实现了500米/分钟,3K湿法纺丝速度实现了300米/分钟,25K~50K原丝及碳纤维实现千吨级制备,25K的240束原丝碳化速度达到12米/分钟,25K的220束原丝碳化速度达到13.5米/分钟。

这些技术基本都是由龙头企业突破的。威海拓展纤维有限公司总经理丛宗杰介绍,聚丙烯腈基碳纤维高效制备的技术研究成为我国碳纤维产业发展的重要方向,其高效制备的三种技术途径包括:提速(提高纺丝速度)、提束(增大纤维丝束)和单耗(降低单位成本)。在提速方面,威海拓展与北化联合承担的国内干喷湿纺研制技术有了突破性进展,实现了500米/分钟级纺丝速度的稳定运行。威海拓展与北化联合承担的的湿法纺丝提速也有突破,“基于湿法纺丝工艺的高强PAN基碳纤维产业化制备技术”实现了多纺位300米/分钟级纺丝速度的稳定运行。这两个项目总体技术都达到国际先进水平,已应用于中高端复合材料领域,为高效制备奠定了技术基础,在国内起到示范引领作用。

在技术创新之外,产业化水平目前也处于稳定发展阶段。业内用“千吨俱乐部”概念来对此进行形象地描述,意思是龙头企业拥有的单线产能为千吨级的碳纤维生产线。

“国产碳纤维真正的产业化体系已经建立起来了。”徐?呕?赋觯?搿笆??濉背跗谙啾龋?壳埃???枷宋?牟?祷?婺1浠?淮螅?涤械那Ф窒呋故?2条,其中,主要还是二甲基亚砜技术,其数量为8条,包括威海拓展的2条、中复神鹰碳纤维有限公司3条、江苏恒神碳纤维有限公司的2条、中安信的1条。

有效产能释放率也是衡量产业发展水平的重要指标。会上,从多位嘉宾介绍的综合情况看,虽然2018年我国碳纤维的生产能力为25000吨,但其中,有效产能约为15000吨,市场实际供应约为9000吨。因此,如果按照有效产能来计算,2018年,我国碳纤维产业的产能释放已经达到60%。

“我们的产业化水平还是比较有亮光的。60%的产能释放率,即便放在全球碳纤维领域也已经不错了。”徐?呕?档馈?br />
应用领域的拓展目前也取得了不俗成绩。国产碳纤维目前在航空领域已经实现了自主供应保证,在航天领域也已实现了在多个型号装备中的应用。特别值得指出的是,湿法纺丝的T800碳纤维技术突破是我国研发出的“动静”最大的碳纤维。在民品方面,以风电叶片为代表的民用领域拓展得非常快,对国产碳纤维在民用领域的发展起到了良好的示范。

“如果说‘十二五’期间国产碳纤维企业的发展在很大程度上还要靠政策支持,那么‘十三五’期间,国产碳纤维企业的发展水平远远超出预期,这说明国产碳纤维企业的‘造血’功能得到提升,已经基本做到了引导和满足市场需求的自主研发。”徐?呕?康鳌?br />
端小平则从另一个角度对国产碳纤维产业目前的发展情况提出几点思考,那就是行业周期和成熟度。他以涤纶行业为例指出,国内涤纶行业到发展到基本成熟,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包括技术进步、金融危机等因素。如果以目前已经发展得比较成熟的涤纶行业走过的历程作为参照会发现,过去30年间,我国涤纶行业大致经历过3次大的整合和变化,结果是发生企业并购重组,有的企业破产,也有新进入者出现。

端小平指出,碳纤维技术难度大,但是社会整体技术进步是加速度的,所以仍然可以假设国产碳纤维产业基本成熟需要30年,如果从2005~2007年开始算起,目前距离2035年~2037年还有16~18年时间。目前,国产碳纤维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,距离2035年~2037年产业步入成熟发展期已经大约走过了40%的路程。在此过程中,机遇和挑战并存。

大丝束碳纤维“魅力”四射

发展大丝束是碳纤维低成本化的成熟、有效途径之一。近几年,随着全球风电等行业的快速发展,对低成本碳纤维复合材料的需求逐年扩大。在此背景下,国外主要的碳纤维生产企业都将大丝束碳纤维作为未来发展的重点方向之一。目前,中国具备生产大丝束碳纤维能力的主要厂家有:台塑、蓝星、吉林化纤、吉林精功、上海石化、威海拓展,主要产品为T300-24K/48K。

吉林化纤集团就是我国成功攻克大丝束碳纤维制备技术的领军企业。就在本次会议召开的前一天,该集团的大丝束项目传出了一个好消息。

7月24日, 中国纺织工业联合会在吉林市组织召开了由吉林碳谷碳纤维股份有限公司、吉林精功碳纤维有限公司和长春工业大学共同承担的中国纺织工业联合会科技指导性项目“25K~50K聚丙烯腈基原丝及碳纤维关键技术和产业化开发”鉴定会。鉴定委员会一致同意通过鉴定,认为项目总体技术达到国际先进水平。

据介绍,该项目形成年产16000吨大丝束碳纤维原丝及年产4000吨大丝束碳纤维生产能力,生产运行安全稳定,其产品性能与国际同类产品相当,已广泛应用于风电叶片、建筑补强、轨道交通及体育休闲用品等领域,具有良好的经济及社会效益。

项目研发出大丝束碳纤维(25K-50K)产业化核心技术及关键装备,采用自主研发的非金属离子无机氧化还原引发体系,研制出适合于制备大丝束碳纤维原丝的高品质聚丙烯腈;研发出制备均质结构原丝的DMAC湿法两步法纺丝技术,实现了单线5000吨级25K-50K原丝稳定生产;研发出预氧化过程大丝束纤维恒定张力控制技术,结合温度智能控制及自动除焦工艺,实现单线2000吨级25K-50K碳纤维稳定生产。项目具有自主知识产权,申请专利3件。

吉林化纤集团公司董事长、总经理宋德武在接受记者采访时表示:“项目通过鉴定,标志着我国25K~50K大丝束碳纤维真正形成了工业化和市场化,也标志着吉林化纤10多年的碳纤维研发和攻关取得了实质性进步。这一年多来,25K、48K等产品在下游客户应用和制品性能检测方面都取得了较好的效果。”

宋德武进一步表示,产品性能稳定和差别化生产、经济性和高效性都是大丝束发展的方向和目的,能真正体现出低成本、通用化、高品质的大丝束碳纤维独特的优势。下一步,在继续保持产品性能稳定的基础上,吉林化纤集团将继续与下游的应用和设计厂商紧密结合,推动大丝束碳纤维产别化发展。

特别值得指出的是,吉林化纤集团生产的大丝束碳纤维目前已在风电领域成功打开了应用市场。据介绍,威海拓展和吉林化纤集团、吉林精功形成战略合作伙伴,合作验证大丝束碳纤维在风电碳梁上的应用,目前已实现了24K碳纤维千吨级批量生产及应用。

记者在吉林精功碳纤维有限公司的碳化车间看见,四五米高的设备整齐排列,整个车间的工艺流程包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化等。银色的碳化炉整齐排列在一起非常壮观,里面的产品经受着需要的高温,发生着神奇的变化,碳化炉则是碳化的关键装备,碳化则是形成碳丝的关键环节。“我们购买的一部分大丝束碳纤维,就是这条线上生产出来的。”指着碳化线,威海拓展的一名代表说道。

据介绍,2018年,低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展。随着叶片长度的增加,只有碳纤维能够既降低叶片质量,又提高叶片的刚度,这进一步推动大丝束碳纤维在风电领域持续高速增长,到2020年预计超过25000吨。碳纤维主要应用在风电叶片的主要受力的关键部位——碳梁,与玻璃钢叶片比较可减重12%,但具有更高的刚度和耐疲劳性,且具有更低的运输安装成本及维修成本,能够延长风机使用寿命。

2018年,中国风电叶片消耗24K以上碳纤维约7000吨。也正是由于风电叶片市场的需求带动,2018年,我国的两大碳纤维集群地山东和江苏对大丝束碳纤维的消耗量位列前两名,从而让长期排名第一的广东省排到了第三名。

“这几年,受风电巨头维斯塔斯的强劲驱动,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的快车道。”吉林精功碳纤维有限公司总经理庄海林说道。

产业重地吉林潜力无限

本次会议在吉林市召开,使“东道主”的碳纤维产业发展情况备受关注。

据介绍,上世纪70年代,吉林炭素厂就建成了国内最早的碳化生产线,并成为全国第一个特供碳纤维定点生产企业。中油吉林石化公司也是国内最早生产碳纤维原丝及碳丝的企业之一,开发出国内第一套生产碳纤维原丝的生产技术。自2010年吉林市被科技部认定为全国唯一的国家级碳纤维高新技术产业化基地以来,吉林市碳纤维产业步入发展快车道,在研发生产及下游应用上全面开花。

从原料角度看,吉林市是全国最大的丙烯腈生产基地,中油吉林石化丙烯腈目前已形成43万吨/年的产能,可为PAN基碳纤维生产提供充足的原料支撑。从能源角度看,吉林市水电充沛,火电发达,总电力容量为440万千瓦,可为碳纤维生产提供充足的电力资源。从产业集聚角度看,吉林市碳纤维产业基地始建于2009年,占地面积2.8平方公里,目前又在吉林经开北区规划了11.2平方公里土地,用于碳纤维全产业链的发展。

同时,吉林市还成立了专门的碳纤维产业推进领导小组。该小组可以协调市发改、工信、科技、财政等14个部门解决相关问题,能够形成合力推进碳纤维产业发展。在碳纤维企业普遍关心的电费方面,吉林市把碳纤维企业的用电价格降到0.3元/度,并对落地项目给予企业200万元~1000万元奖励,2018年兑现电价补贴资金2789万元。

在多种综合要素的有力支撑下,吉林市目前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,吉林市有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。碳纤维原丝产能达到16000吨,为全国最大,产品规格涵盖1K、3K、6K、12K、24K、25K、48K,碳丝产能达到5400吨,在全国排名第二,其48K大丝束碳纤维实现规模化生产。其中,吉林碳谷碳纤维股份有限公司的碳纤维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排名国内前列。

在应用方面,吉林市的汽车座椅靠背制品进入一汽大众配套体系,光伏行业保温材料应用走在全国前列。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。

据吉林市科技局副局长宋家升介绍,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。

“吉林市碳纤维产业发展日新月异、前景无限。当前,吉林市正处在转型发展的关键时期,着眼于实现老工业城市全面振兴、全方位振兴,我们提出改造传统产业的同时,大力发展以碳纤维为主的战略性新兴产业,全力打造碳纤维全产业链,进一步推动碳纤维产业实现规模化、集群化、链式化发展。”谢义的这番话,让我们看到了吉林市作为国产碳纤维重要产业集群地未来的无限发展潜力。

而只有每个集群地的活力都尽情迸发,潜力都能被尽情挖掘,才能使国产碳纤维在迈向产业成熟发展阶段的后半段历程中走得更稳当、更顺畅,也更有信心。

“未来,碳纤维可能会出现我们之前没想到的应用领域。我国碳纤维行业要‘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。”端小平说。