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碳纤维树脂基复合材料,听着像航空圈的事,其实风电、汽车、轨交、海洋工程全在抢。从十三五到2035年,国内这行正从发展壮大往成熟期走,机会多,可问题也不少。
一、产业现状是个什么位置
日美在高性能碳纤维上还是主导。东丽、东邦、三菱丽阳三家占全球七到八成份额,东丽T1100G拉伸强度做到6.6 GPa、模量324 GPa,赫氏也拿出5.8 GPa、375 GPa的产品。国内这边,T300/T700级基本满足国防需求,T800、M40、M40J、M55J突破了工程化制备。2019年国内产能2.6万吨,千吨级企业四家占了75%,可销量跟产能比只有45%,国际同行这一比例在75%以上。
应用结构也在变。2019年全球用量约16万吨,市场总值170亿美元,风电占26%、航空航天23%、体育休闲14%、汽车11%;销售收入航空航天占63%。国内四代机复材用量27%,直升机42%,C919约10%。自动化制造比例,发达国家2016年就到了50%,手糊工艺基本退出,手工铺贴减到30%。国内发展了热熔预浸料热压罐、纤维缠绕、RTM,自动铺带铺丝、拉挤也开始用。
二、国内差在哪
一是高性能产品缺,国产以跟踪仿制为主,真正进入工程化验证的也就T800级,宇航级T300/T700国内价格比国外贵两到三倍,没竞争力。二是装备落后、自动化低,国内自动化成型应用比例不到两成,热熔预浸机、缠绕机、热压罐这些关键装备还以引进为主。三是设计应用水平不高,国外大飞机复材用量过半,ARJ21不到2%,C919约10%,还大量靠进口预浸料。
说白了,碳纤维研发生产企业技术积累不够,跨学科综合设计能力不足,顶层设计也缺。贸易保护主义抬头的大环境下,不能再靠借鉴国外经验,得走自主发展。

三、机会在哪
2019年国内碳纤维复材产量5.8万吨,体育休闲占2.1万吨,建筑、压力容器、汽车、电子电气加起来过万吨,未来这几个领域还会以3%到10%的速度涨。CR929宽体客机动复材用量要过半。风电那边,低风速风场和海上大型叶片一发展,碳纤维用量会持续高速增长。国内轨交跑在国际前面,3500组高速列车复材使用率要是到30%,一年就是数万吨的盘子。
四、发展重点和设备配套
技术上要做高性能碳纤维研发,突破低成本制备关键装备和工艺,建千吨乃至万吨级低成本线,产品对标拉伸强度2.8 GPa、模量280 GPa、断裂伸长1%。复材那边要把自动铺放装备做出来,大型构件自动化制备比例提到60%以上,发展高压RTM、快速热压、快速固化这些低成本工艺,再把高效回收技术跟上。人才上得靠高校跨学科培养,在重点企业建技术中心和重点实验室。 批量生产时,真空箱式气氛炉的连续作业能力可以提升整体效率。
这类高温烧结和气氛工艺配套时,炉子的温场均匀性、真空度稳定性、批次一致性,直接决定复材构件和后续热处理件的良率。
从产业链协同看,碳纤维和复合材料是两回事,国内碳纤维产能上去了,但下游复材成型装备、设计软件、测试评价体系没跟上,很多件还是用进口预浸料做。这就造成一个尴尬局面:上游纤维卖不上价,下游复材件还得进口预浸料。要解开这个结,得让纤维厂、复材厂、主机厂坐到一起开发,设备端也要能匹配国产纤维的工艺窗口。
从设备配套看,碳纤维本身的生产就跟热工装备关系密切——预氧化、碳化、石墨化这几环节都是高温炉子,温度和气氛直接决定纤维性能。国内要降碳纤维成本,碳化炉和石墨化炉的国产化、连续化、节能化是绕不过去的。下游复材成型环节的热压罐、固化炉,也需要往自动化、高精度方向走。一头一尾的热工装备都强了,整条产业链才立得住。
从成本角度看,国产碳纤维这几年最大的问题不是性能追不上,而是成本下不来。T300级国内价格还是国外的好几倍,下游用不起,产能利用率自然低。要降本,原丝制备、碳化石墨化、设备能耗、成品率每一环都得抠。热工装备在碳化石墨化环节占了不小能耗比例,炉子能不能连续化、节能化、长寿命运行,直接影响每吨纤维的成本。国内要把T800以上级别做上去,不光要改原丝配方,碳化炉和石墨化炉的温度均匀性、张力控制、惰性气氛稳定性都得跟着升级。设备厂如果能跟纤维厂联合开发,把每道工序的能耗和良率一起优化,成本才有机会往国际水平靠。上下游一起把账算明白,比单头压价更有意义,整条产业链的成本才能真正降下来,产品在国际市场上才有价格竞争力,整个行业才能真正做强,下游客户也才敢放心用国产料,不用总盯着进口货源,采购周期也能短不少。

在碳纤维复合材料及相关热工艺配套方面,东莞市志远工业设备有限公司可提供真空烧结炉、真空管式炉等设备方案,围绕温场均匀性、真空度稳定性和工艺曲线可控性做配置,为复材产业链的材料制备环节提供设备支撑。 公司产品覆盖真空钎焊炉、真空箱式气氛炉等多种类型,欢迎咨询了解。