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專題報告

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高性能碳纖維產業技術創新與發展簡報

產業概述

碳纖維作為一種具備優異特性的新材料,在各行業廣泛應用,并被認為是21世紀的"新材料之王"2017年起,國內碳纖維產能擴張加速,2022年國產供應量首次超過進口量,達到4.5萬噸,多家碳纖維制造企業宣布擴產。碳纖維產業鏈較長且壁壘高,上游聚丙烯腈基已成為市場主流,占據全球90%市場份額。中游大絲束碳纖維在相同生產條件下可大幅度提高單線產能,實現低成本化,拓寬下游企業應用碳纖維的積極性,國產企業正在布局開啟產業化。同時,國產碳纖維通過突破工藝技術,產品性能達到國際先進水平。碳纖維下游受益于廣泛的應用領域,需求呈現多點開花態勢,大多數應用領域處于高景氣階段。國產碳纖維成本有望進一步降低,隨著產能利用率提升和工藝的不斷完善與成熟,單位電耗不斷降低。碳中和為碳纖維行業帶來新的發展機遇,例如新能源汽車領域等創造新的需求。

高性能碳纖維產業技術創新與發展簡報


發展歷程

趕英超美進行時

中國碳纖維行業長期被日美企業壟斷,但近年來取得了長足的進步。碳纖維的生產起步于20世紀60年代,在技術上日美仍處于領先地位,尤其是日本的東麗公司在高性能碳纖維領域處于領導地位。然而,中國的碳纖維工業在與日本的研發同步進行的過程中,經歷了低水平階段、技術轉型和快速發展階段。通過長期的自主研發,中國打破了國外技術壁壘,目前碳纖維產業化取得了顯著的進展。

高性能碳纖維產業技術創新與發展簡報


市場趨勢

加速中的國產化

國產碳纖維產能擴張加速,多家企業宣布擴產。2017年之前,中國主要依賴進口碳纖維,但自2017年起,國產碳纖維產能擴張迅速。2022年,國產碳纖維供應量首次超過進口量,達到4.5萬噸。截至2022產量已打57.09萬噸,產量翻了12.7倍,增速已達35%左右。在此背景下,多家碳纖維制造企業,如吉林化纖、寶旌碳纖維、中復神鷹等,宣布擴產計劃,國產化進程逐漸加劇,并計劃在2022-2023年完成,推動全球碳纖維產能的快速擴張。


高性能碳纖維產業技術創新與發展簡報


碳纖維產業鏈相對較長,技術壁壘較高。碳纖維的生產過程涵蓋預氧化、炭化、預浸料等多個環節,需要控制3000-5000個技術參數。該產業鏈涉及設備、技術、資金和產品質量等多方面要求,其中中游環節是核心。因此,碳纖維產業鏈的發展需要克服技術挑戰,提高產品質量,滿足市場需求。


關鍵技術

國產“原絲”突破壁壘

聚丙烯睛基碳纖維作為行業高發展領域一直是近年研究熱點,我國聚丙烯腈基碳纖維的研制開發已有多年歷史。從上世紀后期開始研制碳纖維,建設了小試裝置和中試裝置,初步建立了工業基礎。近年來,力學性能有所提高。然而,由于技術設備落后、生產規模小以及產品質量不穩定等問題,我國碳纖維的質量和產量一直無法滿足需求,市場被國外產品占領。其中,原絲質量問題是制約我國碳纖維發展的重要因素之一。原絲作為碳纖維成本中占比最大部分是這一領域中的關鍵技術突破點,但國產原絲存在纖度大、強度低、離散系數大、缺陷、裂紋與孔洞等問題,限制了其廣泛應用。由于碳纖維廣泛應用于關鍵領域,高性能原絲生產技術主要掌握在日本公司手中,難以依靠進口或引進。因此,提高國內原絲質量、提升碳纖維性能成為當務之急。

高性能碳纖維產業技術創新與發展簡報

國內碳纖維生產能力有限,吉化集團、山西榆次化纖廠和蘭州化纖廠是主要的生產企業。我國各大研究機構,如北京化工大學、中國科學院山西煤炭化學研究所、東華大學和山東大學等,也在進行基礎研究和技術創新。


此文由中國復合材料工業協會搜集整理編譯,文章不用于商業目的,僅供行業人士交流,引用請注明出處。

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