國家和用途的比例:
美國74.40% 13.60%
日本4.00% 33.60% 62.40
碳纖維可以加工成織物、氈、席、帶、紙等材料。碳纖維除了用作保溫隔熱材料外,壹般不單獨使用,常作為增強材料添加到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,形成復合材料。碳纖維增強復合材料可用作飛機結構材料、電磁屏蔽材料、人工韌帶等機體替代材料,也可用於制造火箭殼體、摩托艇、工業機器人、汽車板簧和傳動軸。
碳纖維是軍民兩用的新材料,是技術密集、政治敏感的關鍵材料。過去,以美國為首的COCOM對當時的社會主義國家實行禁運和封鎖政策。雖然1994年3月COCOM解散,但禁運和封鎖的陰影依然籠罩在上空,先進的碳纖維技術,尤其是高性能的聚丙烯腈基原絲技術無法引進。即使中國加入世貿組織,情況也不會有很大的改變。所以中國人除了靠自己繼續發展碳纖維產業,別無選擇。因此,國外,尤其是日本、韓國等碳纖維生產技術領先的國家,對我國碳纖維材料及制品的出口壹直保持著非常謹慎的態度。只有少數中國企業能與他們建立合作關系,並擁有他們產品的進口渠道。
目前,世界碳纖維產量已達4萬多噸/年。世界三大公司東麗、東邦人造絲、三菱人造絲,以及美國的HEXCEL、ZOLTEK、ALDILA三家公司,以及德國的SGL Sigri集團、韓國的廣泰工業、中國臺灣省的臺塑集團,都掌握了碳纖維生產的核心技術,並已大規模生產。目前,中國大陸還沒有年產100t的大型碳纖維工廠,大部分仍處於中試放大階段。值得壹提的是,中國臺灣省的臺塑集團在1980年代中期從美國Hitco公司引進了壹條100噸碳纖維生產線。經過消化吸收匹配,臺塑產量增長較快,但碳纖維質量提升不顯著。
我國對碳纖維的研究始於20世紀60年代,對高強度碳纖維的研究始於80年代。多年來,進展緩慢,但取得了壹些成就。20世紀以來,發展迅速。安徽萬華碳纖維公司率先引進500噸/年原絲和200噸/年聚丙烯腈基碳纖維(僅東麗碳纖維T300水平),使我國碳纖維工業進入產業化。隨後,壹些制造商也加入了碳纖維生產的行列。據不完全統計,目前國內有不同生產規模(5-800噸/年)的聚丙烯腈基碳纖維生產企業12家,總產能1310噸/年,產品規格1K,3K 12K。但由於部分企業無前驅體可燒,實際國內碳纖維總產量不足40噸/年,產品質量不穩定,大部分達不到T300級別。幸運的是,從2000年開始,中國的碳纖維壹直在向技術多元化發展,放棄了原有的硝酸原絲制造技術,采用二甲基亞碸為溶劑的壹步法濕法紡絲技術。目前,國內少數自主技術開發的T300、T700碳纖維產品已達到國際同類產品水平。
隨著近年來我國對碳纖維需求的不斷增加,碳纖維被列為國家化纖行業重點支持的新產品,成為我國新材料產業研發的熱點。據不完全統計,目前全國計劃或在建碳纖維生產企業11家,原絲總產能7100噸/年,碳纖維總產能1560噸/年,其中在建企業4家,原絲總產能1100噸/年。
雖然我國碳纖維生產發展緩慢,但消費量壹直在逐步增加,市場需求旺盛。主要用途包括運動器材、通用工業、航空航天等。其中,運動休閑產品的使用量最大,約占消費的80% ~ 90%。我國碳纖維需求已超過3000噸/年,2010年將超過5000噸/年。主要應用領域有:成熟市場包括航空航天和國防領域(飛機、火箭、導彈、衛星、雷達等。)和運動休閑產品(高爾夫球桿、漁具、網球拍、羽毛球拍、箭桿、自行車、劃艇等。);新興市場包括增強塑料、壓力容器、建築加固、風力發電、摩擦材料、鉆井平臺等。有待開發的市場包括汽車、醫療器械和新能源。
我國碳纖維復合材料的發展始於20世紀70年代中期。經過近40年的發展,取得了很大的進步,並廣泛應用於領先的航天產品(導彈、箭、衛星、艦船)。近年來,我國運動休閑用品、壓力容器等領域對碳纖維的需求快速增長。航空航天技術的快速發展迫切需要高性能碳纖維及其復合材料,市場需求更加旺盛。
為了滿足國內市場對碳纖維日益增長的需求,應盡快實現中國碳纖維工業的國產化和規模化。因此,必須加快技術創新,掌握核心技術;加快原絲技術發展,開發高純原絲;加強應用研究和市場開發,進壹步拓展應用領域。碳纖維在中國有著光明的前景,但要總結聚酯等化纖的經驗教訓,避免盲目發展,實現健康發展。
為了大飛機的制造和航空航天工業的發展,我國也必須盡快實現高強度中模碳纖維的產業化。但由於高性能碳纖維是航空航天等尖端技術發展不可或缺的材料,長期受到以美國為首的巴黎協調委員會的阻撓。雖然巴統在1994年3月解散,但是禁運的陰影依然存在。即使解除對華禁運,壹開始也只能是通用碳纖維,不會賣給我們高性能碳纖維技術和設備。因此,高性能碳纖維的發展必須依靠我們自己。我國化纖工業“十壹五”發展規劃中提出“從增加數量到發展高技術纖維”,特別是關系國家產業安全的高技術纖維材料是重中之重,碳纖維被列為國家短期內急需突破的第壹個高技術纖維品種,為我國碳纖維的發展創造了條件。我們應該抓住這壹機遇,努力創新,開發具有自主知識產權的碳纖維,以滿足不斷增長的需求。國家“863計劃”和相關部委關註我國碳纖維產業的發展及其產業化步伐,並給予大力支持。很多材料專家也紮紮實實的做了很多工作。“十壹五”期間,中國啟動了相關的“973計劃”。相信“十壹五”將是中國碳纖維工業產業化的黃金時期。