聚丙烯腈基碳纤维(PAN碳纤维)从20世纪60年代起步,经过近40年的发展和提高,到21世纪初,其制备技术与工艺基本成熟,市场局面逐步打开。目前,日本东丽公司代表着高性能碳纤维研发的最高水平,开发出了T300~T1000高强型和高强高模碳纤维及M40S~M60J的高模型碳纤维。
PAN碳纤维是军事工业中用量大、使用面广、地位极为重要的关键性高性能纤维材料,是各类军用高强、高模、高强高模型复合材料的原料及技术基础。以碳纤维复合材料为典型代表的先进复合材料作为结构、功能或结构/功能一体化构件材料,在军机、导弹、运载火箭和卫星飞行器上发挥着不可替代的作用,是一种战略性新材料。正因为如此,每个国家将碳纤维视为“战略物资”,对技术不发达国家应用实行技术封锁。
碳纤维在民用领域也得到广泛应用,如文体休闲制品、建筑补强、风力发电、深井采油、高速交通等高新技术领域,其市场规模不断扩大。中国已成为体育休闲用品生产大国,碳纤维在工业应用领域也得到快速发展,每年需大量进口碳纤维,如2007年全世界碳纤维产量达到3万吨,我国进口约6000多吨,约占世界总产量的1/5。
中国碳纤维投资热
碳纤维的战略重要性、技术上的封锁、市场供应不足,引起了科技界、企业和投资方的高度关切与兴趣。从21世纪初开始,在PAN原丝和碳纤维研发、产业化和产业发展上,逐步形成投资热潮。各级政府的大力支持是关键因素,有些地方政府领导人大力扶植,投资巨大,这对推动碳纤维产业发展固然有积极作用,但同时带来一些不良后果,也不容忽视。
据不完全统计,至2009年8月,国内有几十家企业介入碳纤维或PAN原丝生产,已建成碳纤维年生产能力3000多吨,在建1.4万吨,计划2011年前动工建设1.5万吨,已投入资金数十亿元,规划能力为8万~10万吨。目前国内投资碳纤维热度不减,几乎每月都会有新上碳纤维项目的消息。中国掀起一股碳纤维投资热潮,一方面预示中国的碳纤维产业将有快速发展,有可能成为碳纤维生产大国乃至强国;另一方面则隐含着巨大风险。
碳纤维产业中存在的问题
1、从发展前景看,总结国际碳纤维产业发展历程,规模化生产是降低成本、参与市场竞争的重要前提。目前建设地点遍布东、中、西部20多个省(市),利益主体不同,规模大小不一,技术水平参差不齐,有些远离主要原料产地,难以做大做强,又难以整合。专家认为,中国建设3~5家碳纤维生产企业是合理的,通过优胜劣汰,大部分企业将难以生存,损失将是巨大的。
2、从技术层面看,由于多数企业依靠“挖人战术”,造成师出同门,技术水平和工艺路线处于同一档次,技术无特色,产品低质量,属于低水平重复建设。碳纤维技术被日本、美国等专利覆盖,我国企业缺乏核心自主知识产权的技术支撑,尚未全面掌握完整的碳纤维核心关键技术,因而影响了碳纤维的规模生产和全球销售。
3、从市场需求看,增强树脂复合材料是碳纤维的主要市场,约占90%以上的市场份额,对碳纤维质量有较高要求,日本东丽公司T300的质量标准大体是质量门槛值,除少数企业外,国产碳纤维产品质量目前尚达不到这一门槛值,特别是在性能稳定性上差距较大,因此难以进入树脂基复合材料市场。由于能耗、物耗高,国产碳纤维成本居高不下,无法与进口碳纤维争夺市场,与在建和拟建产能比较,今后一段时期国内外市场对国产碳纤维的消化能力不容乐观。
4、从环境因素看,碳纤维原料丙烯腈属剧毒和易燃易爆产品,安全部门要求运输半径不大于500km,不宜零星长距离运输;同时生产过程中的污水和废气治理技术难度较大,成本也较高,而且技术不成熟。国内碳纤维企业小而散的分布,加大了企业的安全和环保成本,不利于整个行业的可持续发展。