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碳纤维复材迎头赶上靠什么？上下游产业链联动，寻找中国式解决方案

时间 :2023-04-06 10:44:12   来源 : 中国纺织

近年来，我国碳纤维产业持续高速发展，生产技术、生产能力和材料应用不断实现新的突破。一批在碳纤维行业持续深耕的本土优秀企业，研发能力和市场竞争力持续增强。但碳纤维复材的性能以及应用等多方面与国际先进水平相比仍有差距。未来怎样通过上下游产业链联动，形成系列化的中国式解决方案？在4月3日的第十届全国碳纤维产业发展(廊坊·安次)大会上，来自碳纤维生产、复材生产以及下游应用领域的专家进行了研讨。

碳纤维产业已经进入承上启下关键期

2021年，中国碳纤维需求达6.24万吨，高于全球平均水平，且进口产品依存度较高，主要源自日本、美国等国家的碳纤维龙头企业。未来随着航空航天、风电叶片、碳/碳复合材料等。新兴产业的需求带动，预计2023年中国碳纤维总需求将达9.16万吨，国产碳纤维的市场占比也将逐渐提高。中国碳纤维市场规模一直保持增长趋势，从2017年的38.1亿元增长至2021年的106.4亿元，年均复合增长率达29.3%。预计2023年中国碳纤维市场规模将达153.7亿元。


【资料图】

随着新能源、风电、光伏等碳纤维下游热点行业市场规模持续高速增长，碳纤维行业国产化替代的进程在不断加速。然而，相比全球领先企业，国产碳纤维在生产技术、应用技术、产品性能、质量以及成本的竞争力方面仍然有较大差距。国内碳纤维行业低水平建设的问题突出，产业规模大而不强，技术和应用原始创新基础仍然较为薄弱，高端应用对外依赖度较高等问题依然突出。

碳纤维行业作为新能源、高端装备、航空航天等战略新兴行业的重要基础材料，需要进一步加大创新，实现自立自强，自主可控，通过上下游互通、产学研用共建，跨越难关，推动碳纤维产业的发展。

中国石化上海石油化工股份有限公司副总经理黄翔宇表示，碳纤维及其复合材料的应用前景广，技术含量高，是保障国防安全和产业高端发展的重要基础，是要不来、买不来、讨不来的关键核心技术，是我国新材料产业亟需迎头赶上的重点方向。

当前中国碳纤维产业已经进入了承上启下的关键战略发展期，黄翔宇建议碳纤维企业坚持以国家战略需求和产业升级需要为牵引，充分发挥中国碳纤维产业的人才优势、技术优势、品牌优势，以产业链布局创新链，以创新链延伸产业链，积极推进高校科研院所碳纤维上下游企业之间的协同创新，加快碳纤维生产工艺关键装备等技术的持续创新和产品迭代升级。同时加快碳纤维复合材料在各个领域的应用研究和示范推广，共同形成从原丝、碳纤维到中间体、复合材料制件系列化的中国式解决方案，以推动碳纤维产业高质量发展，助力中国式现代化。

碳纤维复材需要不断发展和创新

中国科学院院士、东华大学材料科学与工程学院院长朱美芳表示，碳纤维是国家需求的关键材料，其应用水平反映国家核心竞争力。目前在工业化生产当中，用于大飞机、高铁的高性能PAN基碳纤维占比较大(92%)，高纯耐烧蚀粘胶基碳纤维和高模量沥青/木质素基碳纤维分别仅占比1%和7%。

据科学技术部高技术研究发展中心技术总师史冬梅介绍，发达国家高度重视新材料的基础支撑、先导引领作用，积极制定新材料发展战略，包括材料基因组计划(美国)、工业2050战略(英国)、纳米技术和材料科技研发战略(日本)、2030材料战略(俄罗斯)。发达国家对高端材料垄断加剧，集成化、集群化发展态势突出；布局前沿新材料，继续主导材料原始创新，抢占制高点；重视关键材料供应链安全，关键矿产资源成为大国竞争焦点；持续强化新材料创新支撑体系，注重产业发展模式、人才培养。从技术发展趋势看，更加依赖计算科学、人工智能等新方法，形成了以数据驱动的新材料研发新范式，加快了技术创新速度，新材料迭代周期大幅缩减；新材料向个性化、复合化、多功能化、更耐极端环境、更趋近于性能极限发展；新材料的发现与性能提升更依赖基础科学突破、学科交叉、技术融合；低碳可持续发展理念深植于材料开发各个方面，更加突出环境友好、绿色节能、成分简约、一材多用、循环利用等。

纤维复合材料作为国家的战略性先进材料，在航空航天、轨道交通、能源、建筑、生活等领域具有广阔的应用空间。相比于传统材料，碳纤维复合材料具有更低的密度和更高的强度，并且随着碳纤维复合材料制造技术的不断进步。碳纤维复合材料技术的不断发展和在多领域的广泛应用，如轻量化技术通过减轻产品重量，降低能耗；循环利用技术通过再生利用，减少对自然资源的消耗，实现循环经济。可以进一步实现降低能耗、减少环境污染，对绿色经济的发展具有重要的意义。

中国化工信息中心专家表示，在绿色发展的背景下，碳纤维复合材料也需要不断发展和创新:从源头上看，碳纤维复合材料的生产需要大量的能源和原材料，因此绿色发展的关键在于开发新的生产技术和替代原材料。例如，利用生物质制造碳纤维，采用可再生能源进行生产，将有机废弃物转化为原材料等。

从过程上看，碳纤维复合材料的生产过程会产生大量的废水、废气和废固体，对环境造成负面影响。因此，绿色发展的重点在于开发新的生产工艺和减少废弃物的产生。例如，采用循环经济模式，将废弃的碳纤维进行回收利用，开发高效的废气处理设备等。

从应用上看，碳纤维复合材料的应用也需要考虑环保因素。例如，采用碳纤维复合材料制造的产品需要具备可持续性和环保性，例如采用可再生能源驱动的电动车、采用可降解材料制造的运动器材等。

据悉，全国多个地方都在兴建碳纤维产业基地。湖南岳阳经开区将打造“中国碳谷”，新建国内领先的高性能碳基复合材料产业园，成立碳基复合材料产业研究院，创建国家级、省级碳基复合材料工程研究中心，有望填补我国高性能碳基新材料领域空白，力争成为国内竞争力强的高性能碳基复合材料设计制造企业和供应商。而河北廊坊高新区以总投资50亿元的长盛科技高性能碳纤维、总投资31亿元的飞泽复材碳纤维复合材料项目为龙头的新材料产业集群已初具规模。正在打造的京津冀“碳谷”产业基地将以现有产业发展基础和重点项目为依托，利用3~5年时间，培育引入20家以上具有较强自主创新能力和品牌竞争优势的重点企业及若干配套上下游企业，逐步形成从“碳纤维一中间材料一复合材料一多元制品”的完整碳纤维产业链条，在关键助剂、关键设备研发，以及下游材料应用等方面实现突破赶超，努力打造主营业务收入超百亿级、具有核心竞争力的战略性全链产业。

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