雖然在航天、軍工等特殊領(lǐng)域的應(yīng)用標(biāo)志著碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平,但其只是碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的一小部分。其實(shí),作為一種物理性能優(yōu)異的材料,碳纖維廣泛應(yīng)用于航空、深海開(kāi)發(fā)、風(fēng)力發(fā)電、汽車(chē)、建筑工程、體育休閑等工業(yè)和民用領(lǐng)域。2012年,全球CFRP(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)的最大用途是風(fēng)電葉片,約占23%,其次是航空航天與國(guó)防軍工,約占18%,而體育休閑用品占比約為17%。
從我國(guó)碳纖維的應(yīng)用來(lái)看,在航空、汽車(chē)等領(lǐng)域市場(chǎng)尚未打開(kāi),在能源領(lǐng)域尚未形成穩(wěn)定市場(chǎng),雖然已基本滿(mǎn)足體育休閑領(lǐng)域應(yīng)用要求,但在成本方面不具優(yōu)勢(shì)。如何為我國(guó)碳纖維的應(yīng)用探索出一條新路徑,依靠應(yīng)用端的發(fā)展來(lái)帶動(dòng)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展,成為亟須解決的課題。
陷入結(jié)構(gòu)性過(guò)剩
在需求增長(zhǎng)帶動(dòng)下,近年來(lái)國(guó)產(chǎn)碳纖維發(fā)展加速,產(chǎn)能大幅提高。目前,我國(guó)已有30多家企業(yè)從事碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn),建成產(chǎn)能已經(jīng)突破2萬(wàn)噸。但大多為相對(duì)低品質(zhì)的產(chǎn)品,與國(guó)外相比差距明顯。因此這種產(chǎn)能的擴(kuò)張,也在一定程度上加劇了碳纖維的結(jié)構(gòu)性過(guò)剩。
據(jù)相關(guān)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)數(shù)字顯示,2015年前,全球碳纖維市場(chǎng)需求將保持13%的增長(zhǎng),我國(guó)對(duì)碳纖維的需求增速則快于全球。預(yù)測(cè)到2015年,我國(guó)碳纖維總體需求將達(dá)1.6萬(wàn)噸。
在需求增長(zhǎng)帶動(dòng)下,近年來(lái)國(guó)產(chǎn)碳纖維發(fā)展加速,產(chǎn)能大幅提高。目前,我國(guó)已有30多家企業(yè)從事碳纖維的研發(fā)和生產(chǎn),建成產(chǎn)能已經(jīng)突破2萬(wàn)噸。此外,國(guó)內(nèi)還有大量的在建和規(guī)劃建設(shè)的碳纖維生產(chǎn)線,但在國(guó)內(nèi)碳纖維項(xiàng)目遍地開(kāi)花背后,也存在著不少問(wèn)題。
一方面,我國(guó)每年要耗費(fèi)巨資進(jìn)口萬(wàn)余噸碳纖維產(chǎn)品,以滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展之需。數(shù)據(jù)顯示,2013年,我國(guó)進(jìn)口碳纖維及其制品12386.2噸,同比增長(zhǎng)了34.5%;進(jìn)口額達(dá)3.83億美元。另一方面我國(guó)碳纖維企業(yè)開(kāi)工不足,年生產(chǎn)碳纖維不足3000噸,僅發(fā)揮了生產(chǎn)能力的1/10,大量生產(chǎn)線閑置。
相關(guān)業(yè)內(nèi)人士表示,國(guó)內(nèi)碳纖維生產(chǎn)線產(chǎn)能利用率低,并不是因?yàn)橄掠问袌?chǎng)需求不足,而是因?yàn)殡y以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。生產(chǎn)碳纖維工序復(fù)雜,從聚合、紡絲,到氧化、碳化、表面處理等,任何一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題,都可能影響碳纖維的性能。而“國(guó)產(chǎn)原絲大多雜質(zhì)含量高、質(zhì)量穩(wěn)定性差、變異系數(shù)大,沒(méi)有好的原料,怎么生產(chǎn)出好的產(chǎn)品?”雖然近年來(lái)我國(guó)碳纖維產(chǎn)能快速擴(kuò)張,但大多為相對(duì)低品質(zhì)的產(chǎn)品,與國(guó)外相比差距明顯,因此這種產(chǎn)能的擴(kuò)張,也在一定程度上加劇了碳纖維的結(jié)構(gòu)性過(guò)剩。
此外,目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式也阻礙了國(guó)產(chǎn)碳纖維的應(yīng)用。國(guó)外碳纖維生產(chǎn)企業(yè)與汽車(chē)、航空航天等碳纖維的重要應(yīng)用領(lǐng)域生產(chǎn)商建立了廣泛的合作開(kāi)發(fā)和穩(wěn)定的供求關(guān)系,建立了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。而我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)在科研、生產(chǎn)、應(yīng)用方面相互脫節(jié)?!巴a(chǎn)品研發(fā)出來(lái)之后還不知道能應(yīng)用到哪方面,到底怎么用,用在什么部件上,更不清楚。”
從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看,我國(guó)碳纖維在工業(yè)應(yīng)用方面也有待突破。以占碳纖維產(chǎn)量90%以上的丙烯腈基碳纖維為例,在世界范圍內(nèi),工業(yè)應(yīng)用和體育休閑的比例分別為75.7%和24.3%,而在中國(guó),這個(gè)比例卻分別是20%和80%。2013年,我國(guó)進(jìn)口的碳纖維及其制品中有5931.6噸用于體育休閑,占比達(dá)47.89%。
由于碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性,國(guó)外對(duì)高性能碳纖維技術(shù)與高端工藝裝備實(shí)施壟斷封鎖,低端碳纖維產(chǎn)品向我國(guó)傾銷(xiāo),加上我國(guó)碳纖維企業(yè)小而散的狀態(tài),質(zhì)量尚不太穩(wěn)定,而且生產(chǎn)成本高于進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格,全行業(yè)呈虧損狀態(tài)。
尋找應(yīng)用突破點(diǎn)
針對(duì)目前我國(guó)碳纖維行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,除了技術(shù)的完善提升外,企業(yè)的發(fā)展思路非常重要,關(guān)鍵是要找準(zhǔn)應(yīng)用突破點(diǎn)。碳纖維復(fù)合材料等FRP在土木工程中的應(yīng)用,也為我國(guó)碳纖維應(yīng)用的發(fā)展探索出一條新路徑。另外,碳纖維另一個(gè)重要應(yīng)用方向是海洋(海港)環(huán)境,則能有效解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中防止海水腐蝕這一重要問(wèn)題。
針對(duì)目前我國(guó)碳纖維行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司董事長(zhǎng)張國(guó)良表示,當(dāng)前技術(shù)已不是最重要的問(wèn)題,最重要的是要過(guò)市場(chǎng)關(guān)。除了技術(shù)的完善提升外,企業(yè)的發(fā)展思路也非常重要,關(guān)鍵是要找準(zhǔn)應(yīng)用突破點(diǎn)。中復(fù)神鷹碳纖維公司在應(yīng)用方面作了大量研究,進(jìn)一步提升了工藝的適應(yīng)性,相繼研發(fā)推出了碳纖維大提琴、小型無(wú)人機(jī)等產(chǎn)品。
而在土木工程領(lǐng)域的技術(shù)突破可能為碳纖維應(yīng)用帶來(lái)新的契機(jī)。今年1月,由中冶建筑研究總院等單位完成的“土木工程用高性能纖維復(fù)合材料制備及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。據(jù)了解,高性能纖維復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱(chēng)FRP)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐、可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),可顯著提高土木工程結(jié)構(gòu)的性能,延長(zhǎng)其使用壽命。碳纖維復(fù)合材料等FRP在土木工程中的應(yīng)用,也為我國(guó)碳纖維應(yīng)用的發(fā)展探索出一條新路徑。
中冶建筑研究總院院長(zhǎng)岳清瑞認(rèn)為,與航空、能源和體育休閑領(lǐng)域相比,碳纖維在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用更具前景。據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)產(chǎn)碳纖維每年有40%用于結(jié)構(gòu)的加固和補(bǔ)強(qiáng)上,因此是重要的應(yīng)用方向。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)碳纖維在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了一系列的探索,并開(kāi)發(fā)出板材、筋材、布材等產(chǎn)品。同時(shí),由于碳纖維的特點(diǎn)是強(qiáng)度較高,延伸性較差,岳清瑞和其團(tuán)隊(duì)嘗試將碳纖維和其他纖維混合,增加材料的斷裂延伸率。混雜纖維可以充分發(fā)揮不同纖維的優(yōu)勢(shì),揚(yáng)長(zhǎng)避短,在提高結(jié)構(gòu)延伸性、耗能能力和變形恢復(fù)能力等方面有可能優(yōu)于單一品種的纖維,且降低成本。
碳纖維等FRP的一個(gè)重要領(lǐng)域就是結(jié)構(gòu)加固和改造。比如,可以將纖維網(wǎng)格型材固定于混凝土構(gòu)件表面,然后噴射或手工鏝抹聚合物水泥砂漿與原有混凝土一體化,從而提高結(jié)構(gòu)的承載能力及耐久性。
碳纖維另一個(gè)重要應(yīng)用方向是海洋(海港)環(huán)境。當(dāng)前我國(guó)正著力開(kāi)發(fā)海洋資源,將FRP和混凝土組合,則能有效解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中海水腐蝕這一重要問(wèn)題。