2024年9月13-14日，中国碳纤维及制品产业链创新发展论坛暨2024年中国化学纤维工业协会碳纤维分会年会在江苏省常州市召开。
弱周期下探寻可持续发展路径
碳纤维是国民经济和国防建设不可或缺的战略性新材料，是先进复合材料最重要的增强体之一，也是化纤行业“新质生产力”的典型代表。经过多年发展，我国碳纤维行业取得了令人瞩目的成就，不仅填补了国内空白，更成为全球重要的碳纤维生产国和供应国，且基本构建了具有中国特色的碳纤维自主技术体系，实现了产品、技术和产业链配套的多元化发展，形成了聚丙烯腈基(PAN)、粘胶基、沥青基三种类别，高强、高强中模、高模、高强高模四大系列产品体系;原丝形成了溶剂以DMSO为主、DMAc和NaSCN共同发展，纺丝工艺以湿法和干喷湿法并重的技术体系；同时，国产规模化成套生产装备和关键零部件以及专用油剂、上浆剂和树脂；评价表征方法等，产业链配套齐全。
“我国碳纤维整体技术水平已进入全球先进行列，涌现出了新创碳谷、中复神鹰、吉林化纤、威海光威、江苏恒神、江苏澳盛等重点生产及应用企业。”中国工程院院士俞建勇在致辞时表示。
与国外相比，国产碳纤维仍存在一些差距，主要表现在产品质量稳定性、生产与加工应用同步性以及关键装备、原材料和配套材料等方面的薄弱环节，这主要归因于国产碳纤维生产应用技术成熟度不足等。新形势下，如何提升产业技术成熟度、扩大应用规模成为未来发展的关键。
为此，俞建勇提出三点建议：一是加强基础研究，从源头上打通技术瓶颈，依靠高水平人才，推动理论研究与应用研究的紧密结合；二是加强产业协同，以应用需求为牵引，推动碳纤维与多学科领域的技术突破与交叉融合，实现跨领域协同研发攻关和产业化应用，提供高性价比的系统解决方案；三是加强主动创新，借鉴化纤行业技术发展经验，提升碳纤维生产效率和产品品质，同时注重碳纤维及其复合材料的自主设计，提高原始创新能力，并顺应智能化发展大趋势，加快应用新一代信息技术，推动碳纤维行业向数字化转型升级。
结合行业目前存在的阶段性产能过剩、供需失衡等风险以及中国化纤协会发布的《中国化纤行业投资敏感度分析》中的相应分析，中国纺织工业联合会副会长端小平就碳纤维的现状和未来分享了自己的观点和思考：
一是高端制造业产能承压已成为新常态，与光伏等行业类似，碳纤维也需警惕量增价减、盈利承压的问题。行业发展的关键在于增品种、提品质、创品牌，让碳纤维助力更多下游领域实现产业升级，进而逐步承接碳纤维产能的不断释放。
二是弱周期下，要在“抱团取暖”的同时力争“竞争出清”，一方面要解决关键装备、原辅料的卡脖子问题，共同推动碳纤维的应用拓展，提升产业链综合竞争力；另一方面，要让市场加速淘汰低效产能，使资源向更有效率、更优质的企业集中。“我们要特别注意，作为单个企业来说，在短时间内，过度过快增长产能的潜在风险是有可能错过技术进步。一步一个脚印发展才是硬道理。”
三是苦修内功，找准定位，坚定信心。行业应集中资源提升产品质量稳定性，突破关键技术和装备国产化难题，进一步完善纤维及制品的检测评价方法，切实提升我国碳纤维的核心技术创新能力。“未来，碳纤维仍将是国家重点关注、持续支持的行业，但支持方向已经从‘大水漫灌’向‘精准扶持’转变。”
近年来，我国碳纤维行业的快速发展得益于国家有关部委特别是国家发展改革委给予的高度重视和全方位支持，如完善产业政策、调整产业目录及实施相关专项等。国家发展改革委产业发展司副司长曹传贞在致辞时提到，2023年，我国碳纤维产能接近14万吨，同比增长21%，产量约7万吨，同比增长53%，产业规模稳居全球前列，且产品性能稳步提升，国产碳纤维在高端领域得到逐步应用。
对于行业在新时期面临的发展机遇与挑战，曹传贞表示，国家发展改革委产业司将结合国家战略需求和国民经济发展需要，持续推动我国碳纤维产业高质量发展。具体可从三方面着力：一是提升产业基础能力，针对薄弱环节持续推进联合攻关，深入打好碳纤维基础的高级化、产业链现代化攻坚战，推动提升我国碳纤维产业的整体技术和产业化水平；二是加快培育碳纤维产业生态链，支持龙头企业发挥链长作用，带动上下游企业协同创新发展；三是统筹推进产业持续健康发展，更好发挥市场、政府、行业协会各自的重要作用，优化产业布局，避免过度投资和低水平重复建设，推动碳纤维行业规范、有序发展。
会上，举行了中国化学纤维工业协会碳纤维分会的换届仪式，新创碳谷集团有限公司董事长谈昆伦当选为第五届轮值会长。
应用风口要看准并做好准备
“用出去”是碳纤维产业良性发展的关键之一。随着国防军工、航空航天、轨道交通、风力发电、新能源汽车等行业的深入发展，对应用材料体系提出了轻量化、低成本、高效率制备的市场需求，碳纤维复合材料是满足这一要求的最佳解决途径之一。
在多种新型高性能土木工程材料中，碳纤维复合材料因具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、低温度变形和可设计性强等突出优点，用于结构加固技术已趋于成熟，应用日益广泛。中国工程院院士、北京科技大学城镇化与城市安全研究院院长、长三角碳纤维创新中心主任岳清瑞介绍了碳纤维复合材料在土木工程领域的相关应用。
面向绿色发展和“双碳”目标的战略需求，使用高性能土木工程材料，对保障我国土木工程行业可持续发展意义重大。相比其他传统建材，用碳纤维复材可以实现减量化，有效实现碳减排。在重大工程需求中，如建设“交通强国”“海洋强国”等，碳纤维复材能突破工程建造技术瓶颈，维护国家战略安全和资源安全。例如，在2500米级以上的跨度桥梁中，碳纤维作斜拉索具有显著优势，三亚体育场和常泰长江大桥等工程也采用了碳纤维复材结构。
岳清瑞强调，土木工程的重大进展基于材料的突破，以碳纤维复材为代表的纤维复材具有广阔前景。目前，我国在碳纤维复材工程应用领域已领先世界。未来，在超大跨度空间结构、大科学装置、地标性建筑、海洋工程及复杂地下工程等领域，对碳纤维复材有大量的应用需求。如果在这些领域的应用难点能得到突破，碳纤维复材在工程应用领域将迎来爆发性增长。
当前复合材料发展也存在一些技术瓶颈，如增强织物品种单一、高性能纤维成本高、复合材料加工效率低等，结合大丝束碳纤维“多轴向织造-复材成型-加工应用”产业化项目，东华大学教授、产业用纺织品教育部工程研究中心主任陈南梁介绍了大丝束碳纤维多轴向经编技术及其应用情况。
多轴向织物由一层或多层平行伸直排列、具有不同取向角度的纱线层组成，通过线圈固定形成稳定的表面结构。与传统机织物相比，多轴向经编织物结合了针织和机织的技术特点，展现出更高的抗拉强力和弹性模量(分别提升20%)，悬垂性好，编织过程中对纱线损伤小，具有准各向同性特点。此外，该织物能显著改善复合材料的工艺性能，层间性能优越，纤维含量高，树脂用量减少，成本效益显著。
在技术创新方面，项目团队在碳纤/玻纤高速多轴向经编机核心技术和装备、碳纤/玻纤及混编多轴向织物/编织、碳纤维热塑/热固编织复合材料快速成型等方面取得突破，如研发了30个独立控制系统的经编装备，进行了了展纤、铺纬、储纱、监测等全链创新，实现了纱线精确铺设等。这些创新技术不仅提高了生产效率，还赋予了产品轻量化、低成本、可设计等优点，满足了特殊需求。
“与国内外同类产品经济技术指标对比，项目产品生产效率达到国际先进水平，具有明显价格优势，且已广泛应用于风电叶片、新能源汽车等领域，并获得了多家知名客户的认可。如用于中车380BL碳纤维复材结构设备舱整体减重38%，在轨道交通大断面复杂多腔体织物拉挤裙板、风电T型梁等中应用效果良好。”陈南梁说道。未来，大丝束碳纤维多轴向经编增强织物在航空航天、风电叶片、高铁列车、新能源汽车等应用领域的持续拓展，将为相关行业带来更多的机遇和发展空间。
碳纤维复合材料具有较高的比强度与比模量、可设计性好、可整体成型、耐疲劳性能好等优点，已成为民用飞机的关键结构材料。中国商用飞机有限责任公司复合材料中心复材工艺总师、副总工程师刘卫平介绍了碳纤维复合材料在民用飞机上的应用现状及发展趋势。
“大量应用碳纤维复合材料已成为衡量新一代民机技术水平先进性的重要标志，是降低成本、提高性能和市场竞争力的重要因素之一，也是是研制与发展大型民用飞机的必由之路。”刘卫平介绍，空客A350中复合材料的用量占比达到52%，波音B787复合材料的用量占比达到50%。碳纤维复合材料的占比，提升了飞机的性能和经济性等。据不完全统计，现在空客和波音两大公司生产飞机所使用的碳纤维用量约为14000吨。国产大飞机C919的复合材料用量占比约为12%。部分国产供应商承担了C919大量的复合材料制件的制造，比如水平尾翼地板、蒙皮自动铺带、梁的热隔膜预成型等，但是，所用的碳纤维以进口为主。C929的复合材料的用量占比预计将到51%以上。
刘卫平预计，未来20年，民用飞机还将大量使用碳纤维复合材料。研究数据证明，空气动力学的改进，比单纯减重对燃油消耗产生的影响更大，下一代单通道飞机预计将会采用全复合材料机翼设计。
2023年的碳纤维市场压力主要来自于产业链库存周期和风电体育航空航天两三大市场的周期性调整，2024年光伏行业周期性下探至最低点，但体育、风电、航空航天都呈现出新的增长空间，未来仍有亮点。产业趋势来看，细分定位和高端产品的供需格局优势将越来越明显，价格优势也会更加明显，纤维企业更多发力制品技术的研发将成为销售端必然的产业趋势。国泰君安证券研究所副所长、建材行业首席分析师鲍雁辛分析了我国碳纤维市场去年以来的发展情况，以及未来发展趋势。
对于2024年的市场行情，鲍雁辛指出，现阶段碳纤维供需关系持续走弱。今年，T700/12K产品与T300/12K的价差明显收窄，也就是说，T700级碳纤维正逐步成为大宗品。目前，碳纤维盈利压力处于筑底期，虽然各厂家计划的扩产规模仍较大，但是预计新产能释放节奏放缓。从应用看，今年，体育、风电、航空航天应用市场呈现出新的增长空间，仍有亮点。比如，在体育休闲领域，随着国内碳纤维企业技术进步与产能扩张，降本增效需求有望驱动下游加速碳纤维国产替代，国产碳纤维将在体育休闲领域占据更大的市场份额；在风电领域，风机大型化趋势明显，将助推国产碳纤维渗透率提升。总体来看，面对供需矛盾加剧，高端产品和精细降本是核心。未来，细分定位和高端产品的供需格局优势将越来越明显，价格优势也会更加明显，碳纤维企业加强下游制品技术研发将成为一种趋势。
多方合力赋能产业更多解决方案
碳纤维作为低碳能源转型的关键材料，其生产过程的环境影响及在风电叶片中的应用降碳效应受到关注。东华大学环境科学与工程学院副院长、国家纺织工业环境保护工程技术中心副主任李方分享了碳纤维生产过程碳排放研究情况，通过生命周期评价(LCA)，得出碳纤维生产的环境负担主要集中在前体纺丝阶段，对气候变化、能源消耗、人体健康及土地生态系统的影响尤为显著。
为降低其环境影响，李方提出了一些可持续生产策略，包括改变蒸汽产生方式、改进生产流程提高转化率、使用回收技术生产再生碳纤维以及改善能源结构提高清洁能源利用比例等。
常州达姆斯检测技术有限公司总经理许经纬介绍了风电行业材料及部件测试解决方案，分享了针对风电叶片的全面检测架构，该架构从材料级别到全尺寸逐步验证，以确保材料性能、结构设计和产品设计的有效性。
哈尔滨工业大学(威海)副研究员苏健晖介绍了碳纤维及复合材料合金焊接技术的最新进展。他指出，国外热塑性复合材料体系已成熟并在航空领域应用，而我国则以热固性复合材料为主，对热塑性复合材料研究不足。因此，国内熔融连接技术亟需自主研发和技术突破。
