我国碳纤维的生产和使用尚处于起步阶段,,国内碳纤维生产能力仅占世界高性能碳纤维总产量的0.4%左右,国内用量的90%以上靠进口。而PAN原丝质量一直是制约我国碳纤维工业规模化生产的瓶颈。另外,碳纤维长期以来被视为战略物资,发达国家一直对外实行封锁。因此,业内专家认为,强化基础研究是创新之本,是发展国内碳纤维布工业的根本出路。
目前全球碳纤维产能约3.5万吨,我国市场年需求量6500吨左右,属于碳纤维消费大国,但我国碳纤维2007年产量仅200吨左右,而且主要是低性能产品,没有形成规模化产业,绝大部分依赖进口,价格非常昂贵,比如标准型T300市场价格每千克曾高达4000元~5000元。由于缺少具有自主知识产权的技术支撑,国内企业目前尚未掌握完整的碳纤维核心关键技术。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大,其中高性能碳纤维技术更是被日本及西方国家垄断和封锁。因此碳纤维要真正实现国产化需要一个漫长的过程。由于市场短缺,近年来国内出现了“碳纤维热”,众多科研院所和企业纷纷启动了碳纤维研究或千吨级产业化项目。虽然当前国内市场对碳纤维产品需求较大,但盲目发展低于档次品类存在很大风险,尤其现有产品研发停滞不前,不能开发出新型配套系列产品,这些千吨级项目实施后,市场产能出现过剩趋势将成为必然。
世界碳纤维的主要生产商为日本的东丽、东邦人造丝、三菱人造丝三大集团,以及美国的卓尔泰克(ZOLTEK)、阿克苏(AKZO)、阿尔迪拉(ALDILI)和德国的SGL公司等。其中日本三大集团占世界碳纤维生产能力的75%。世界CT型碳纤维总生产能力为22100t/a,LT型碳纤维总生产能力为9550t/a,实际生产量约为7000t/a。 当前世界上PAN基炭纤维正处于迅速增长的发展期,产品性能趋向于高性能化,T700S加快取代T300作通用级碳纤维;产量增加较快,1996年~2000年增长48.1%;航天航空和体育用品用量增加稳定,民用工业用量增幅较大,已超过前两者,特别是随着大丝束碳纤维的大规模生产,价格的降低,民用工业需求增加迅猛。
日本东丽、东邦人造丝和三菱人造丝公司的小丝束碳纤维产量占世界总产量的75%左右,而这3个公司发表的专利也相当多。例如,东丽公司目前生产的碳纤维T1000,抗拉强度极高(7.02GPa)、单丝直径最细(5.3滋m),可代表世界先进水平,但该公司最新专利报道,其实验室已研制出新一代碳纤维,抗拉强度已达到9.03GPa,比T1000提高了28.6%;单丝直径降到3.2滋m,比T1000细了39.6%。同时,该公司还开发截面形状为三叶形的PAN原丝及碳纤维,以拓宽其用途。
近几年在土木建筑领域,靠碳纤维布和碳纤维板进行抗震补修和补强的施工法,在日本得到划时代的普及。以阪神大震灾为开端的抗震补强,以及伴随着与施工时相比,因交通量和积载量等大幅度增加而造成的劣化所进行的道路桥梁等补强,都开始渗透碳纤维片材的施工法。这种施工法是将单向排列的碳纤维片材或织物状材料,用常温固化型的环氧树脂贴服于结构物表面而进行的补修与补强。公路桥的地面、横梁、建筑物和梁、构架以及烟筒等的弯曲补强中,碳纤维的模量变得格外重要。
实习记者:高红