碳纤维及复合材料行业盛会在吉林召开 共探自主创新与产业变革
来源：中国化学纤维工业协会
2019年7月25日，中国 • 吉林碳纤维及复合材料产业链创新发展论坛暨2019年中国化学纤维工业协会碳纤维分会年会在吉林召开。中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平，中国工程院院士蒋士成、中国化学纤维工业协会副会长贺燕丽，国家商务部产业安全与进出口管制局调研员彭毅、中国纺织工业联合会副秘书长、纺织之光科技教育基金会常务副理事长叶志民、中国纺织工业联合会科技发展部副主任王玉萍、吉林市人民政府副市长谢义、吉林化纤集团有限责任公司董事长宋德武等领导出席会议，会议由中国化学纤维工业协会副秘书长吕佳滨主持。来自国内外碳纤维生产及应用企业、高等院校、科研院所、媒体记者等约300余人参加此次会议。
本次会议由中国化纤协会和吉林市人民政府联袂主办，由吉林化纤集团有限责任公司、中国化纤协会碳纤维分会、吉林碳谷碳纤维股份有限公司以及吉林精功碳纤维有限公司共同承办，会议主题为“自主创新与产业变革”。
在当前全国各行各业都在以不同的形式献礼新中国成立70周年的背景下，会议的召开不仅对搭建我国碳纤维产业交流合作平台，凝聚发展共识，促进产业高质量发展有重要意义，对行业还有另一层特别意义：要铭记那些在我国碳纤维艰难发展历程中做出卓越贡献的优秀企业和杰出人物，继续奋勇前行。
历经半个世纪，终有大成
碳纤维是国民经济建设不可或缺的战略性新材料，加快碳纤维行业发展，对满足国家重大需求和国民经济建设需要具有十分重要的意义。发达国家对我国碳纤维实行技术和产品双重封锁，使我国碳纤维一直处于受制于人的状态。我国碳纤维研究始于20世纪60~70年代，但由于种种原因，在“十一五”之前，产业化关键技术一直未能突破，基本局限在实验室。2003年之后，在政府、企业、科研院所、行业协会的共同努力下，我国碳纤维迎来了快速发展期。
“历经半个世纪左右奋斗，三十余年徘徊，近二十年有序发展，我国已建立起国产聚丙烯腈基碳纤维技术体系，主体技术方向明确，初步形成了从实验室研制到产业化的国产碳纤维研发生产平台，形成了仿形编织、变径变厚变密度等复杂形状编织、湿法针刺工艺，建立了国产高强碳纤维应用评价、复合材料制备与应用体系等”。北京化工大学材料科学与工程学院副院长、国家碳纤维工程技术研究中心主任徐樑华这样说。
中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平谈到，“两三年前，我觉得行业的整体情绪不高。最近这两年出现分水岭，特别是这次会议大家情绪比较高涨。这说明国产碳纤维技术水平提升，国产碳纤维得到了市场认可”。
“近年来，我国碳纤维在产业化和规模化发展方面取得了重大突破，进入前所未有的新发展阶段，势头强劲，初步形成了以山东、江苏和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地，培育了威海拓展、中复神鹰、江苏恒神、吉林碳谷等碳纤维骨干企业和一批碳纤维复合材料及制品企业，突破了国外技术封锁，实现了从无到有”。吉林市人民政府副市长谢义在致辞时强调。
他提到，吉林市碳纤维的研发与生产在国内起步较早，早在上个世纪70年代，吉林炭素厂就建成了国内最早的碳化生产线，并成为中国第一个特供碳纤维定点生产企业；中油吉林石化公司也是国内最早生产碳纤维原丝及碳丝的企业之一，开发出国内第一套采用生产碳纤维原丝的生产技术。当前，作为碳纤维产业的龙头企业之一，吉林化纤集团创新开发出大丝束碳纤维，有效降低了下游应用成本，提高了下游铺层效率，真正带动了产业发展；12k、24k、25k、48k、50k碳纤维已经实现产业化。近五年来，原丝销量呈裂变式增长，产品20%出口，国内市场占有率达到90%，大丝束碳纤维已经在风电叶片、无人机等领域得以广泛使用。
面向未来，创新自信可贵
在新的时代、新的发展阶段，碳纤维关键技术发展现状及趋势如何？碳纤维出口需要注意哪些问题？国产碳纤维关键生产装备发展到了哪种程度，是否可以自给？大丝束碳纤维怎样实现大规模应用？碳纤维复合材料氢能领域应用现状如何？全球碳纤维复合材料市场有何特点，从中可以看到哪些趋势？这些都是行业企业要深入思考的议题，实现碳纤维产业的的高质量发展也绕不开这些议题。本次会议现场演讲嘉宾即围绕这些重要议题展开探讨。
“十四五”碳纤维技术发展展望
徐樑华教授总结了国产碳纤维技术与产业现状，并对“十四五”碳纤维技术发展趋势提出了发展建议。当前我国碳纤维产业已形成年产近万吨碳纤维产业规模，企业创新发展取得显著成果，远超预期。干喷湿法纺丝速度实现500米/分钟（12k）、湿法纺丝速度实现300米/分钟（3k），20-50k碳纤维原丝及碳纤维实现千吨级制备等。此外，全行业自主创新能力持续增强，企业造血功能不断提升，行业数据库建设受到重视，关键生产装备自主研制取得突破。对于行业存在的问题，徐樑华教授谈到，长期习惯对标跟踪式发展、同质化建设模式，成为国产碳纤维高质量发展瓶颈，知识产权生态环境建设长期忽视，成为制约创新和持续发展的障碍。
基于此，徐樑华教授提出“十四五”期间国产碳纤维技术与产业发展的主线条是实现以质量为基础的优质性价比碳纤维生产、以设计制造为核心的碳纤维应用技术提升、以创新应用为牵引的碳纤维应用市场培育。在对标发展的基础上，以创新获得发展机遇、以创新促进国产碳纤维技术特色发展、以创新服务复合材料应用市场拓展。
中国碳纤维出口管制合规及风险防范
彭毅调研员从核两用品出口管制清单、子弹及相关物项管制清单、违法行为和法律责任、调查执法主体等方面介绍了涉及碳纤维出口的法律法规，并结合相关案例，指出了碳纤维出口存在风险，以及注意事项和防范措施。
中国对两用物项出口管制始于20世纪90年代中期，主要是为了维护国家安全和发展利益、履行国际义务，对大规模杀伤性武器及其运载工具相关两用物项、部分敏感军民两用品等出口实施管理和控制，防止上述两用品被转用而危害国家安全。商务部依法开展两用物项调查执法工作，对涉嫌违反两用物项出口管制法律法规的行为进行调查，并依法进行政处罚。
彭毅调研员提到，碳纤维及复合材料对于国家的重要性不言而喻，要保护多年发展取得的成果，碳纤维上下游企业要树立风险防范意识，加强对有关法律法规学习，不断规范自身业务管理，遵循有关规定开展碳纤维国际贸易，提高企业国际影响力，推动我国碳纤维行业健康可持续发展。
大丝束碳纤维规模化应用
随着全球风电、汽车等行业的发展，对低成本碳纤维复合材料需求逐渐扩大，大丝束碳纤维是碳纤维低成本化的成熟、有效途径之一。庄海林表示，当前体育器材依然是中国碳纤维最重要的市场，占据近一半的市场份额。同时在风电巨头企业vestas强劲驱动下，风电叶片对碳纤维需求量迅猛增长。随着大丝束碳纤维成本及价格的不断下降，以体育器材、风电叶片、汽车、压力容器为目标市场的大丝束碳纤维已经步入发展快车道，有望在风电和汽车领域出现大规模增长。
他提到，吉林精功目前生产的25k碳纤维除具有优异的力学性能，除密度小、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、导电、传热性好等特性外，因采用专用上浆剂还具有良好的展纱性、低毛羽以及良好的树脂浸润性和渗透性，使之具有优异的机械性能转化率。
吉林省碳纤维产业发展现状及政策
宋家升副局长详细介绍了吉林省碳纤维产业发展现状。截止到目前，碳纤维原丝产能16000吨，产品规格涵盖1k、3k、6k、12k、24k、48k；碳丝产能5500吨/年，产品性能达到了日本东丽公司t400级碳纤维水平，并突破了t700级技术指标；航天材料部件、硬质复合碳毡、加热制品、无人机等已形成批量生产。
基于碳纤维在原料、集群、科研等方面的优势，2010年1月，吉林市被国家科技部认定为全国唯一的国家级碳纤维高新技术产业化基地；2013年12月吉林经开区被吉林省科技厅认定为省级碳纤维及制品高新技术特色产业基地；2014年4月被吉林省工信厅命名为高新技术纤维（碳纤维）及差别化纤维省级特色工业园区。
国产碳纤维关键生产装备发展现状
刘永华表示，随着国内碳纤维生产工艺技术的发展和突破，碳纤维生产装备在满足生产企业使用的基础上会向产能化、智能化、节能化的方向发展，以此更好地满足碳纤维生产企业降低综合生产成本、提高纤维性能和稳定性。
产能化方面：随着各碳纤维生产企业不断地加大单线产能，丝束运行速度越来越快、运行密度越来越大，急需解决之前未得到重视的问题。以高、低温炭化装备为例，在产能化的发展历程中逐步解决了废气排出，丝束除湿、穿丝、带丝，低温炭化炉炉膛变形等问题。
智能化方面：装备的智能化日益受到碳纤维生产企业的重视，整条生产线使用dcs控制的企业日趋增多，单台关键设备使用独立plc系统控制的企业也越来越多。通过装备智能化可以使装备运行更平稳，连续使用寿命更长；使生产更稳定、操作更规范、现场人员更少，使企业更受益。
节能化方面：通过对氧化炉表面及门廊、新风换热器、低温炭化炉表面等温度较低的热量进行回收，利用溴化锂制冷技术供应生产车间制冷使用；对高低温炭化炉废气管路、焚烧炉外表面等温度较高的热量进行回收，做升温处理，使其温度达到可利用温度；利用原丝车间的低品质、低热量的蒸汽制冷等。
聚丙烯腈基碳纤维高效制备技术研究
丛宗杰介绍了聚丙烯腈基碳纤维高效制备的三种技术途径，即提速（提高纺丝速度）、提束（增大纤维丝束）、单耗（降低单位成本）。
提速方面，干喷湿纺高纺速关键技术在于聚合时需大容量聚合釜传质传热；纺丝时需控制空气层高度稳定，快速凝固成型过程中调控好凝固浴内温度场、浓度场等，合理搭配牵伸倍数，保证丝束在牵伸时不受损伤；碳化时需高效均质预氧化等。
提束的关键技术在于大容量聚合釜传质传热、纺丝过程中高效水洗、避免预氧化炉污染等。国内具备生产大丝束能力主要的碳纤维厂家有蓝星、吉林精功、上海石化、威海拓展等，目前已实现了24k碳纤维千吨级批量生产，并在碳梁上得到应用验证。
单耗则可通过溶剂回收利用、生产线（氧化、低碳、高碳）热能综合利用、数字化生产控制等来实现。
碳纤维复合材料氢能领域应用技术
朱波指出，碳纤维在氢能源领域应用广泛，既是高压储氢罐体的增强材料，又可以作为氢燃料电池的扩散层，还可以作为储氢材料使用。在固态储氢系统方面，与传统活性炭吸附材料不同，活性碳纤维的孔径直接开口于纤维表面，大大缩短了吸附过程中吸附质的吸附路径，且其比表面积更大，微孔所占比例相比传统活性炭材料更高，介孔、大孔含量很少。
活性碳纤维储氢未来发展趋势包括：高比表面积和孔容积超级活性碳纤维的制备，活性碳纤维的孔径可控性制备，活性碳纤维的孔径调控工艺，活性碳纤维-催化剂复合储氢技术和活性碳纤维-高压系统复合储氢技术。朱波表示，碳纤维在氢燃料电池电极上的应用（指其在质子交换膜燃料电池中的应用）前景广阔。在氢能源汽车上，碳纤维不是选配件，而是必须件。
2018年全球碳纤维复合材料市场分析
林刚从需求、应用、理论产能、成本、区域、销售等多方面，对2018年中国和全球碳纤维及复合材料市场及供需情况做了详尽分析。在此基础上，围绕体育休闲、风电叶片、汽车、压力容器、混配模成型、轨道交通等主要应用领域，解读了碳纤维复合材料应用的特点、发展趋势，并分享了他基于全球碳纤维产业因市场需求驱动发生的变化的思考和建议。
林刚认为，近20年的发展使中国碳纤维产业的思想逐步成熟与平静，开拓创新已有基础；中国碳纤维发展商业模式已经基本形成：航空航天小丝束、工业用小丝束与工业用大丝束三大商业模式及发展模式已基本清晰；工业用大丝束具有广阔的重新定义与世界标准的空间：量身定制、规模效应及价值链低成本要求之下，纤维到应用的价值链会高度集成。大小丝束的高性能技术与低成本技术的融合，将成为业界重要的潮流。中国碳纤维要在自己创造的应用生态环境中，去创新创造，为全球产业奉献独特价值。
2000吨级碳纤维整线装备的研发及应用
孙锋表示，目前国内碳纤维核心设备大部分是进口，存在设备与工艺不匹配、生产线的运行效率受影响、产品成本难以下降、后期凯发备用官网的售后服务和改造能力跟不上等问题。同时受国际关系影响，碳纤维进口设备有“卡脖子”现象，加上漫长的许可证审批过程，都会影响碳纤维生产企业正常运行和计划。
基于此，精功科技从2013年开始布局碳纤维装备产业，先后成立碳纤维装备分公司和研究院，已设计完成3m宽幅（2000吨级）生产线3条。经过多年实践，成功积累了碳化装备的设计、制作、装配、调试等经验，培养了大批专业设计人员和工程队伍及工艺人员，形成了具有自己特色和优势的碳化生产线整线设计方案。2000吨级碳纤维装备的开发，可提高单线年产能，实现设备运行稳定性，提高余热回收率，从而可降低碳纤维碳化过程的单位成本，促进碳纤维产业发展。
不忘初心，建功立业
对碳纤维产业的整体发展，端小平提出几点思考：
一是行业周期和成熟度。以涤纶行业为例，涤纶行业到发展到基本成熟，基本用了30年，每10年会有一个周期，会有规模比较大的一次整合，促进这种整合和变化背后的原因主要是两点，一是技术进步，二是金融危机。涤纶行业过去30年有3次大的整合和变化，结果是发生企业并购重组，有企业破产，也有新进入者出现。碳纤维技术难度大，但是社会整体技术进步是加速度的，所以仍然可以假设碳纤维产业基本成熟需30年，如果从2005~2007年开始算起，距离2035年还有十六七年时间。目前，行业已经经历了一次调整，已经有出局的企业，本轮调整基本接近尾声。到2035~2037年，产业距离成熟已经走完了40%的路程，在此过程中，机遇和挑战并存。
二是产业所有制成份的变化。2005年之前基本是国有在主导，从光威、神鹰进入，逐渐演化为民营在主导。目前经历第一次整合后，似乎又出现了国有加大进入力度的趋势。这种现象会带来什么影响？值得思考。
三是计划跟不上变化。前几年人们以为汽车行业的风口很快就要来了，但这两年并没看出来汽车领域轻量化有放量的趋势。尽管如此，我们还是要做深入研究，汽车产业为何没出现大规模应用，可能是技术上的原因阻碍了其大量应用。这两年风电行业风生水起。未来，也可能会出现我们之前没想到的应用领域。
四是碳纤维产业链关联度较高，研发主导不能轻易下结论，但一体化是方向。总之，碳纤维行业要“不忘初心，牢记使命”，打造世界一流的碳纤维及复合材料产业，突破产业关键技术及材料，为国民经济和国家重大工程建设建功立业。