从“贵族”到“平民”

碳纤维在民用领域大展身手

“未来碳纤维产业技术将向高性能、低成本、高可靠性方向迈进，原材料技术的进步有利于进一步提高国产碳纤维的质量与性能。”近日，中国工程院院士杜善义在2013全国碳纤维产业发展大会上说。2010年，在《国务院关于加快培育和发展战略新兴产业的决定》的七大战略新兴产业之一的新材料产业部分，明确提出提升高性能纤维及其复合材料发展水平。在2012年科技部出台的多个战略新兴产业领域的“十二五”规划中，虽然针对高品质特殊钢和高性能膜材料制定了专项规划，但没有高性能纤维和复合材料方面的规划。

杜善义表示，目前在高性能碳纤维领域，继T800、Tl000之后，HS、M65J等高强、高模碳纤维得到了充分的重视和发展。据介绍，目前国内不少企业在T300碳纤维方面已经逐渐突破，包括威海拓展纤维有限公司、江苏恒神纤维材料有限公司等在内的不少企业都具备了产业化生产能力，而目前上市公司在碳纤维领域的影响还较小。

杜善义介绍说，追求高性能的新材料技术初期主要面向某些特殊领域、关键部位的高端化应用，要满足更广泛的市场需求，必须提高材料的综合性能，同时降低成本。他指出，目前，碳纤维复合材料正在从“贵族”材料向“平民化”材料转变，在民用领域的应用不断扩大，这种“平民化”趋势引起了人们对于复合材料高性价比关键技术的创新需求。

据悉，在碳纤维成本构成中，原丝约占51%。原材料技术的进步有利于进一步提高国产碳纤维的质量与性能，开发高性价比大丝束纤维和树脂，进一步向低成本化发展。同时，制造工艺的自动化发展以及新工艺的出现为降低碳纤维复合材料的成本带来了希望。“要实现低成本，须在保障性能的前提下，综合考虑生产规模、原丝、工艺装备等因素。大丝束、低成本原丝、装备革新与国产化是降低碳纤维成本的有效途径。”

据中国玻璃钢综合信息网提供的信息，受碳纤维复合材料（CFRP）市场快速增长带动，2013年全球碳纤维需求量预计将达5.17万吨，2020年将进一步增至14.1万吨，年均增长速度为15.4%。从消费领域看，工业需求预计将以两位数增长，航空业需求预计将以较高个位数增长，体育用品市场的需求增速在此期间将放缓。工业应用领域中，随着碳纤维复合材料应用拓宽，风能和汽车制造业将成为推动全球碳纤维需求增长的主力。

目前，由于材料成本较高，加上周期较长，CFRP在汽车行业的应用还较有限。不过，高燃油效率和低碳排放量的规定激发了汽车轻量化趋势。而CFRP比钢材具有更大优势，未来在汽车中的应用将不断增长。此外，汽车厂商与碳纤维制造商合作也推动了CFRP部件的应用。

杜善义认为，在碳纤维复合材料应用中要考虑设计问题，要敢用、会用、用好新材料，充分发挥材料性能，缩短新材料从开发到应用的周期，同时也要考虑结构效率与可靠性间的矛盾。

除了技术问题，一些业内专家认为，我国碳纤维的瓶颈问题多年来迟迟未能突破，跟缺乏一个有效的组织有很大关系。“多年来，一直在呼吁借鉴美国波音公司和日本东丽公司在787复合材料部件上的组织模式。”在原航空工业部高级工程师杨超凡研究员看来，国内高性能材料行业的问题是没有“产业组织者”：“计划经济时代，从冶金、化工到纺织和轻工，以及各军工部门都和材料有关，各有各的科研和生产体系和队伍。但高性能材料发展到目前的复合材料阶段后，就没有行业主管部门了，想反映行业的问题都不知道哪个部门负责。多年来，国家发改委从高技术产业化的角度对材料有项目扶持，但也不是行业主管部门，而且，原来那些各行业部门的材料科研生产体系对复合材料的理解和认识也很不一致。”