1  國際碳纖維及其復合材料的發(fā)展現(xiàn)狀

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1.1  碳纖維及其應用市場
 
    近幾年，大量投資涌入碳纖維領(lǐng)域，世界8 大公司完成了新一輪的擴產(chǎn)；土耳其AKSA異軍突起；韓國的Taekwang、Hyosung等紛紛進入碳纖維領(lǐng)域；印度Kemrock進入碳纖維；沙特Sabic宣布與意大利Monte合作，在西班牙和沙特建設碳纖維生產(chǎn)線；我國也有大量的企業(yè)紛至碳纖維領(lǐng)域。

     碳纖維復合材料的應用開發(fā)進展主要突出表現(xiàn)在汽車和風電葉片兩個方面。 內(nèi)容來自123456

      ⑴ 寶馬汽車入股SGL，推出了世界第一款大量采用碳纖維復合材料的商用車Megacity；同時，美國與日本的多家汽車公司宣布了與碳纖維公司的合作，共同打造碳纖維復合材料汽車零件，圖1是東麗對碳纖維在汽車領(lǐng)域的應用做出的估計[1]。

本文來自123

  ⑵ Zoltek多年來致力于推廣低成本大絲束碳纖維，為風電葉片領(lǐng)域總共供應了大約20 000 t大絲束碳纖維。隨著風電葉片長度的增加，國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)開始嘗試使用碳纖維預浸料，開發(fā)風電葉片的支撐梁。鑒于對風電與汽車使用碳纖維復合材料的信心，Zoltek對全球碳纖維未來幾年的需求增長信心十足[2]（見圖2）。
不過對于碳纖維未來市場預測，國內(nèi)外向來分歧較大。國內(nèi)樂觀派認為，“今后5年內(nèi)碳纖維產(chǎn)品需求會產(chǎn)生爆發(fā)性增長，中國市場需求量將超過3萬 t/a，未來甚至可達數(shù)十萬噸/年”，“僅電力輸送就需10萬 t/a以上”，“復合材料火車車廂也需要10萬 t/a”，紡織機械也要上萬噸/年…… 本文來自123

      但我們認為：自日本碳纖維1970年代進入市場，歷經(jīng)40余年，世界市場也只4萬 t/a左右規(guī)模，目前看不出有井噴式發(fā)展趨勢。其原因主要是碳纖維“貴”，不可能像玻璃纖維那樣廣泛應用，除非其所用原料大幅降價，或出現(xiàn)革命性的新工藝和新技術(shù)，而目前現(xiàn)實是原料不斷漲價，也未看到嶄新技術(shù)出現(xiàn)的苗頭。由于丙烯腈價格在不斷上漲，碳纖維成本也隨之上升，制約了碳纖維復合材料的大面積使用。Zoltek預計2017年碳纖維需求將達425k t/a的預測誤差過大。實際上，近年來世界金融危機和債務危機不斷，全球經(jīng)濟形勢不好，使碳纖維消費量處于停滯甚至下滑狀態(tài)，例如，2009年因金融危機，全球碳纖維銷售量從2008年的4.2萬 t下降到3.7萬 t，2010年銷量有所回升，但2012年受歐債危機影響預計又將有所下降。

1.2  預浸料發(fā)展方向

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     全世界最著名的預浸料公司是Toray、 Hexcel、Cytec、Gurit、ACG（2012年已被Cytec收購）和TenCate。這些公司的碳纖維預浸料產(chǎn)品在近幾年呈現(xiàn)了新的預浸發(fā)展趨勢。 123456

     ⑴ 大絲束碳纖維預浸料在工業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢凸顯[3]。單向碳纖維預浸料面密度高達600 g/m2，這類厚重的預浸料大大提升了預浸和后續(xù)鋪放工藝的效率。在風電葉片與汽車領(lǐng)域有廣泛的應用。

  ⑵ 非熱壓罐工藝（OOA，Out of Autoclave）的預浸料大力發(fā)展[4]。此成型工藝大大降低了預浸料后續(xù)固化成型的時間與成本，這些新型的預浸料可以采用較低成本的真空袋壓法、先進拉擠法和熱模壓法。產(chǎn)品如Hexcel的HexPly®M 56，Tencate的TC 250，Cytec的Cycom 532，ACG的MTM 44-1。 本文來自123

     ⑶ 不同預浸料產(chǎn)品形態(tài)的出現(xiàn)[3]。短切預浸料，可以采用經(jīng)濟型的模壓工藝，產(chǎn)品如Hexcel的Hexmc，Dencate的MS系列產(chǎn)品；半預浸料，在預浸工藝時不需要完全“濕透”纖維，在后續(xù)工藝中完成完全浸潤，產(chǎn)品如Hexcel的Hexfit。 內(nèi)容來自123456

     ⑷ 針對不同應用的專用預浸料[4]。如汽車領(lǐng)域，對零件短時間成型要求高，為滿足后續(xù)快速成型工藝，必須開發(fā)＜5 min的快速固化預浸料，產(chǎn)品如Hexcel的Hexply M77，可以在150 ℃下2 min固化；為了滿足風電葉片支撐梁–厚層合板的生產(chǎn)，Gurit開發(fā)了SparPregTM，無需壓實和借助其他排氣織物，就可以獲得低孔隙率的層合板；在復合材料模具領(lǐng)域，各家也開發(fā)了相應的預浸產(chǎn)品，如Hexcel的Hextool，ACG的DFormTM專業(yè)產(chǎn)品。 123,123

     ⑸ 結(jié)構(gòu)與功能結(jié)合的預浸料。在樹脂中混入納米碳管或短切碳纖維，再浸潤碳纖維絲束或織物，形成具有吸波功能的預浸料。 copyright 123456

     ⑹ 與其他材料共固化的預浸料。預浸料可以與灌注的樹脂共同固化，可以與SMC共同模壓固化，也可以用單向預浸料﹢織物預浸料﹢SMC共同模壓固化。 copyright 123456

     ⑺ 碳纖維熱塑性預浸料。近幾年，熱塑性預浸料及其復合材料迅猛發(fā)展，與熱固性預浸料相比，熱塑性預浸料無需冷庫倉存與運輸，后續(xù)成型工藝高效且方便，材料的韌性大，抗沖擊性能好，尤其可再生利用，符合節(jié)能減排綠色環(huán)保趨勢。但熱塑性預浸料存在的最大問題主要有4 個：一是熱塑性樹脂的高粘度導致與纖維的浸潤非常困難；二是還沒有合適的低成本、高效率和能保證質(zhì)量的預浸料制備方法與裝備；三是高性能熱塑性樹脂成型溫度在350 ℃以上，預浸料及其復合材料制品成型工藝難度很大；四是高性能熱塑性樹脂與通用熱固性樹脂相比較價格太昂貴。目前國際上主要通過粉末噴涂、纖維混紡、薄膜輥壓等工藝，獲取了不同樹脂質(zhì)量分數(shù)精度的熱塑性預浸料，分別滿足各類成型應用的需要。 本文來自123

1.3  預浸料新型成型工藝
 
      對于高端復合材料成型工藝，由于預浸料具有精確的纖維和樹脂質(zhì)量分數(shù)優(yōu)點，所以以預浸料為原料，發(fā)展了很多新的成型工藝，有些正在替代傳統(tǒng)成型工藝。另外，汽車領(lǐng)域?qū)秃喜牧隙虝r間成型要求高，也催生了一些快速成型工藝。

     ⑴ 新型拉擠與纏繞工藝。傳統(tǒng)的拉擠與纏繞工藝的最大優(yōu)點是自動化程度高，缺點是由于絲束浸潤樹脂的質(zhì)量分數(shù)不均和較為隨機的排列，導致樹脂質(zhì)量分數(shù)精確度低、纖維浸潤均勻度低和產(chǎn)品品質(zhì)不高的缺點。采用預浸帶材后，傳統(tǒng)拉擠工藝可以提升為先進拉擠工藝（ADP， Advanced Pultrution），既可以完成精確的鋪放，又可以采用連續(xù)模壓，形成高品質(zhì)型材；纏繞工藝采用預浸帶，則可以生產(chǎn)出更精密的管材與罐類產(chǎn)品。 123456

     ⑵ 自動鋪纖維（帶）工藝。1960年代，美國空軍率先開發(fā)自動鋪帶技術(shù)，實現(xiàn)了對手工鋪放工藝的替換。之后，以美國MAG Cincinnati、Ingersoll，法國Forest-Line（2011年被MAG收購）和西班牙M-Torres為代表的傳統(tǒng)數(shù)控機床設備廠家積極推動大型自動鋪放設備的發(fā)展，2012年MAG推出了鋪纖、鋪帶一體機；隨著工業(yè)機器人在工業(yè)中的普及，借助多軸機器人帶動鋪放頭的自動鋪放設備蓬勃發(fā)展，可以經(jīng)濟地加工中心型零件的鋪放。法國的Coriolis是這個行業(yè)的典范，他們開發(fā)的16（或32）條窄帶，窄帶寬度6.35 mm，可實現(xiàn)16（32）條內(nèi)任何數(shù)量的鋪放，滿足復雜表面的高精度鋪放。熱塑性預浸帶自動鋪放設備也是一個亮點，在鋪放預浸帶的同時，通過激光、熱吹風等加熱方式熔化樹脂，把預浸帶壓實到模具上，是熱塑性復合材料精密加工典型的工藝[5～7]。有關(guān)公司的自動鋪纖（帶）機和熱塑性鋪帶機見圖3。 123456

      ⑶ 預浸料模壓成型工藝（Prepreg Compression Molding，PCM）。為滿足汽車行業(yè)對復合材料快速成型的要求，以日本三菱為代表的廠家推出這個新型工藝（該工藝示意圖見圖4），結(jié)合其最新推出的大絲束碳纖維P330 60k 和WCF 50k，三菱希望實現(xiàn)具有與小絲束類似的良好加工性與高性能，與小絲束類似的高品質(zhì)，利用PCM實現(xiàn)高產(chǎn)能，最終為汽車行業(yè)提供良好的價格與產(chǎn)量[8]。 內(nèi)容來自123456

  ⑷ 先進樹脂傳遞模塑成型工藝（Advanced RTM）。除了基于預浸料的新型工藝，對于干型增強材料，比如各類機織布、多軸經(jīng)編織物、三維編織物、縫編織物等，這些預成型（Preform）制件通過剪裁后，放置到模具中預定型，然后進入RTM模具，高壓注入樹脂，模具加熱加壓，對材料固化定型。得益于新型的快速固化的樹脂，復合材料可以在5 min內(nèi)完成（工藝示意圖見圖5）。目前，東麗、寶馬與SGL的合資公司均采用該工藝，成功應用于汽車復合材料的部件成型[8]。

      ⑸ 集成自動生產(chǎn)工藝。為實現(xiàn)更高效率的生產(chǎn)，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)了集成自動化生產(chǎn)工藝：從預浸料裁切備料，自動鋪放，高壓熱模壓成型，修邊，所有工序集成到一條生產(chǎn)線上自動完成。其中比較典型的公司是美國科羅拉多州的Fiberforge開發(fā)的熱塑性預浸帶復合材料的專利生產(chǎn)系統(tǒng)[9]（見圖6）。

2  我國從聚丙烯腈到碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵鏈段的發(fā)展現(xiàn)狀 123456

2.1  碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈

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      從聚丙烯腈到高性能碳纖維復合材料制品的應用，跨越形成了很長的產(chǎn)業(yè)鏈（見圖7）。其中每一鏈段都飽含高精尖的技術(shù)與品質(zhì)。即使當今世界著名8 大家碳纖維企業(yè)中，也找不出一家能真正全鏈打通并實現(xiàn)商業(yè)化運營。以下重點介紹我國在這條產(chǎn)業(yè)鏈上幾個重要鏈段的發(fā)展現(xiàn)狀。為落實系統(tǒng)論的思想，我們試從最終應用起逆向介紹和分析，以期許業(yè)界同行們有新的啟示。

2.2  碳纖維復合材料應用現(xiàn)狀概況

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     ⑴ 體育器材。該領(lǐng)域依然是中國碳纖維復合材料的最大應用面，主體是分布在廣東、福建及山東的臺資OEM形式加工廠和本土體育器材廠家。采用碳纖維復合材料加工成釣魚竿、高爾夫球桿、自行車、網(wǎng)球拍等產(chǎn)品。體育器材由于品牌的原因，各種檔次復合材料均有其市場：既有高端的東麗T1000、M60J預浸料的銷售；也有中端的臺塑碳纖維和土耳其AKSA碳纖維；還有國內(nèi)一些低端碳纖維在這個市場銷售。該領(lǐng)域普遍采用碳纖維預浸料和搓管工藝，該細分市場每年碳纖維消耗量約為5 000 t，相對穩(wěn)定。 123,123

⑵ 航空航天及軍工。由于該領(lǐng)域涉及軍品部分長期受制于國外對碳纖維的嚴格監(jiān)管控制，在國家利益驅(qū)使下，傾向于采用國產(chǎn)碳纖維，但必須通過嚴格和長期的評審考核來確定定點生產(chǎn)單位。而國產(chǎn)民用航空器（如民航機）的生產(chǎn)，通?？芍苯由暾堖M口到優(yōu)質(zhì)的碳纖維及其預浸料。盡管碳纖維復合材料已經(jīng)被主管部門提到戰(zhàn)略的高度，但限于對碳纖維復合材料的設計、制造和應用驗證的水平、數(shù)據(jù)和經(jīng)驗積累，我國飛機制造業(yè)要大量使用碳纖維復合材料還需待以時日，尚不可能像波音和空客公司那樣，對碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)形成巨大的推動力。據(jù)2012年4月26日報道，中國商飛公司旗下上海飛機制造工業(yè)公司與美國Cytec簽訂了為期10 年的復合材料供應合同。我國該細分市場對碳纖維的消耗量大約是200～300 t/a，目前國內(nèi)航空航天市場對國產(chǎn)碳纖維的主要需求是類似T300級小絲束碳纖維。 copyright 123456

     ⑶ 碳纖維復合材料芯導線。對比傳統(tǒng)導線，碳纖維復合材料芯導線具有抗拉伸強度大、運行溫度高、線膨脹系數(shù)小、質(zhì)量輕、耐腐蝕、減小磁損等優(yōu)點，適合舊線路增容改造、新建線路、大跨距等國家電網(wǎng)工程。目前，全球碳纖維復合芯導線應用里程超過10 000 km，2006年至今已有100多 條輸電線路掛線運行，總長超過5 000 km，占全球復合芯導線輸電線路總里程50%以上?，F(xiàn)階段應用主要以線路增容改造為主，在新建線路中尚未大規(guī)模推廣[10]。據(jù)業(yè)內(nèi)專家稱，該電纜芯目前主要采用東麗T700-12K的碳纖維，每年約有500～800 t消耗量，這是一個值得期待的大市場。

      ⑷ 風電葉片用碳纖維復合材料。專家預測，當風電葉片長度超過40 m，就需要部分使用碳纖維。國際上Vestas在其44 m葉片的梁帽采用了全碳纖維；Gamesa在其42.5、44、87和90 m長葉片的梁帽上采用了碳纖維/玻纖混雜預浸料；Neg Micon在其40 m葉片梁帽上采用碳纖維；Nordex Rotor在其44和56 m葉片主梁采用了碳纖維；Repower在其126 m直徑的葉片的梁帽上采用碳纖維與玻纖混雜預浸料；Dewind在其40 m葉片的梁帽采用了預浸碳纖維；GE在其48.5 m葉片梁帽上采用碳纖維。國內(nèi)南通東泰電工在其2 MW風機葉片的主梁采用了碳纖維，中材科技在其56 m葉片的主梁采用了碳纖維；中復聯(lián)眾在其39.2 m葉片主梁采用碳纖維[11]。目前國內(nèi)還有一些重要的風電葉片廠在考慮和試用碳纖維預浸料。風電葉片基本采用類似于T300～T400水平的大絲束碳纖維（48k或50k），中國目前還沒有大絲束碳纖維的生產(chǎn)，所以主要依賴進口。當前，風電裝備制造商經(jīng)營舉步維艱，碳纖維在該領(lǐng)域的大批量應用也非常艱難，可能的突破思路有兩條：第一是葉片結(jié)構(gòu)設計上充分利用碳纖維的優(yōu)勢，全面創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設計；第二，從葉片的設計要求看，碳纖維的模量（中模）是非常重要的指標，是與玻纖競爭的關(guān)鍵所在，開發(fā)中模大絲束，提升碳纖維的競爭優(yōu)勢。 copyright 123456

   ⑸ 交通工具（汽車、高速列車、船舶等）。碳纖維復合材料在國外著名品牌汽車（尤其是豪華汽車）中，已經(jīng)得到長期和比較廣泛的應用。在全球節(jié)能減排的大潮流下，汽車輕量化的趨勢不可逆轉(zhuǎn)，尤其對于新型混合動力汽車。幾乎每家國外著名汽車廠商和碳纖維巨頭強強聯(lián)手，對碳纖維復合材料在汽車的應用都有宏偉的計劃，積極開發(fā)新型和專用的大絲束碳纖維，提升后續(xù)工藝效率，大幅降低碳纖維復合材料在汽車上應用的整體成本。然而，此舉在國內(nèi)卻顯得比較冷清，估計原因是我國的中高檔汽車主要源自外資企業(yè)，很多研發(fā)在國外合資方總部完成；而國產(chǎn)的中低檔汽車廠商，由于價格原因，很難采用碳纖維復合材料。因此，這個領(lǐng)域應用的出路是積極爭取與有技術(shù)話語權(quán)的國際汽車大品牌合作。例如，目前已有臺商與歐洲高檔車廠簽約，除在歐洲設立公司外，已在大陸專設CFRP汽車組件OEM工廠，貨交歐洲原車廠。同時，臺商還認為大陸本身是高檔車最大市場，加上電動車等項目，未來在CFRP汽車減重領(lǐng)域商機無窮，還有日本在中國設廠或OEM機會的可能。高速列車被稱之為地面飛行器，在安全范圍內(nèi)的輕量化也是必然趨勢，但同樣存在于汽車類似的問題。中國高速列車依靠國際技術(shù)集成，在國際上異軍突起，借助這個機會，通過材料技術(shù)的革新，領(lǐng)先于世界高鐵技術(shù)，也是行內(nèi)很多專家的共識。然而，要在高速列車上實現(xiàn)碳纖維復合材料化，推動起來還需要一個漫長的過程。這幾年，中國的船舶行業(yè)（包括豪華游艇）發(fā)展迅猛，對高性能復合材料已經(jīng)形成一定的需求，但是由于成本的局限，也沒有被廣泛的采用，有待長時間去培育發(fā)展。 123,123

      ⑹ 建筑結(jié)構(gòu)加固補強。國內(nèi)結(jié)構(gòu)加固補強市場約需碳纖維700～800 t/a，由于該領(lǐng)域用途受國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》和《結(jié)構(gòu)加固修復用碳纖維片材》對加固材料產(chǎn)品性能指標的嚴格限定，國產(chǎn)碳纖維力學性能指標有明顯差距，目前該領(lǐng)域所需碳纖維一部分依靠進口。而很大一部分則是由浙江海寧、江蘇宜興、山東德州一帶非良企業(yè)大量采購國產(chǎn)碳纖維（非合格品）或玄武巖纖維，通過假冒偽劣、以次充好、偷工減料的形式和以假亂真的手段大量制造和拋售加固材料，導致加固材料市場極度混亂，由此造成的工程隱患則更令人擔憂，因此，碳纖維材料在結(jié)構(gòu)加固補強應用的技術(shù)優(yōu)勢日漸式微，需求萎靡不振。 內(nèi)容來自123456
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2.3  我國碳纖維復合材料層合固化工藝及其裝備 123456

     ⑴ 層合固化工藝及其裝備。我國的碳纖維復合材料層合固化工藝及其裝備，是在玻璃鋼工業(yè)的基礎上發(fā)展的。比如哈爾濱玻璃鋼研究院、武漢理工大學、南京諾爾泰復合材料設備制造有限公司、航天43所等開發(fā)了多軸的纖維纏繞與拉擠設備，這些設備通過改造提升，也可基本適應碳纖維的纏繞與拉擠工藝。

      國內(nèi)早期就仿制美國和臺灣的搓管工藝及設備，從搓管機、薄膜纏繞機、抽芯機、拋光機、固化烘箱等，都實現(xiàn)了國產(chǎn)化可以滿足基本的體育器材類的管件制造。但隨著國內(nèi)市場競爭加劇，為降低成本，這類設備質(zhì)量或有下降趨勢。 123456

      ⑵ 大型自動鋪纖（帶）機。由于西方國家對大型自動鋪纖（帶）機銷往中國實施嚴格的許可證出口管制，我國（尤其是涉及軍品）的企業(yè)很難進口到這樣的設備。 南京航空航天大學肖軍教授的團隊，長期研發(fā)自動鋪帶（纖）設備，并已經(jīng)在國內(nèi)一些用戶處使用，這是我國開拓先進層合工藝與設備的亮點。

       綜上所述，我國高性能復合材料領(lǐng)域整體上尚處于起步階段，所以層合固化工藝及裝備還相當落后。很多先進的設備還必須依賴進口，而西方對很多高性能復合材料的層合裝備都實行嚴格的管制，成為制約新型碳纖維復合材料在我國普及、應用和發(fā)展的重要因素。 123456

2.4  預浸、預制件和短切纖維的工藝與裝備 內(nèi)容來自123456

     ⑴ 預浸工藝及其碳纖維預浸料。碳纖維的預浸工藝有很多種。對于熱固性預浸料，主流是熱熔型性預浸工藝，通常采用樹脂膜制備與浸潤設備兩步法工序。熱固性預浸料的核心競爭力是針對不同應用的樹脂及其樹脂固化體系配方的開發(fā)、相關(guān)的預浸工藝及嚴格的品質(zhì)管理體系。當前，除了極少數(shù)航空航天部門的預浸單位基本具備這個核心能力，其他預浸料企業(yè)基本還不具備較強或可與國外公司抗衡的競爭能力。盡管我國在預浸領(lǐng)域的著名專家張鳳翻研究員常年撰文和演講，告之預浸料行業(yè)的技術(shù)難點與門檻，但很多投資者依然存在著一個誤解：只要不惜重金買一臺好的設備，就可以順利進入預浸料行業(yè)。如果對預浸料的核心競爭力不做出充分的準備，這些投資的前景讓人堪憂。

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 碳纖維預浸料是銜接碳纖維與復合材料的最為重要的橋梁，對于碳纖維企業(yè)，發(fā)展預浸料是不二的選擇。 預浸料業(yè)務的重大意義在于：可以及時把纖維品質(zhì)信息向纖維生產(chǎn)部門反饋，協(xié)助纖維部門提升工藝性能，更深入理解市場對碳纖維的要求；進入復合材料領(lǐng)域，在纖維基礎上增加附加值，也能更好地適應碳纖維行情的波動對企業(yè)效益帶來負面的影響。
碳纖維企業(yè)上預浸料項目，須清楚地認識到預浸料部門不僅是一個獨立的盈利單位，它必須與纖維部門共存亡。因為企業(yè)在纖維上的投資是遠遠大于預浸項目的投資。如果這個預浸廠很“嬌貴”或唯利是圖，只能消化進口纖維，即使它能獲點利，但相比企業(yè)自產(chǎn)碳纖維的虧損，這點利潤沒有任何意義。所以，碳纖維企業(yè)建立的預浸料廠，必須立足于為本單位碳纖維服務。當前，我國所有廠家的碳纖維都處于“成長期”，綜合品質(zhì)不堪與東麗比肩。所以，開發(fā)出適合本廠碳纖維的適用預浸料，并以預浸料帶動碳纖維的銷售，無疑是非常重要的戰(zhàn)略舉措。 123456

      ⑵ 碳纖維預制件。預制件（Preform）主要是指把纖維預制成一定組織結(jié)構(gòu)和形狀的“干的織物”, 主要的工藝有：機織（Weaving平紋、斜紋和緞紋）、多軸經(jīng)編（Multi-axle warp knitting）、編織（Braiding）、縫紉（Stitching）、三維機織（3D Weaving）等，是 在傳統(tǒng)紡織工藝與裝備的基礎上發(fā)展起來的，有些織物要通過預浸工藝與樹脂結(jié)合而“變濕”，而有些可以通過樹脂灌注、RTM等工藝去與樹脂結(jié)合。這些預制件的主要目的是提高后段工序的工作效率。我國江蘇常州、宜興一帶有好幾家相當出色的織物制造商。高端的裝備主要依賴進口，而天津工業(yè)大學李嘉祿教授的團隊在三維編織（3D braiding）工藝與裝備的研發(fā)方面是亮點，三維編織裝備的發(fā)展將日益重要。 123,123

      ⑶ 短切及研磨碳纖維。短切及研磨碳纖維或是一種特殊形式的預制件，主要有4 個方面的應用：①利用其強度，作為增強塑料和降重材料，替代玻纖增強不能滿足的高端市場；②利用其電與熱的傳導性，作為電子產(chǎn)品防靜電外殼；③利用其模量，作為新型的海上油氣田的漂浮材料-復合泡沫塑料的增強體，可以承受很大的壓力；④利用其與樹脂結(jié)合后的吸波或透波功能，成為雷達罩（支架）或隱身功能的材料。

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 世界8 大碳纖維廠家中，基本都有短切和研磨產(chǎn)品。有的企業(yè)不光用B等品碳纖維生產(chǎn)短切料，也用很多A等品碳纖維生產(chǎn)。其實碳纖維短切和研磨是有很高技術(shù)難度的，不是手工剪切和沖床的作坊就能做好的產(chǎn)品。保持均勻的短切碳纖維定尺長度（規(guī)格在1～56 mm范圍），保證對各種樹脂的分散性，以及保證生產(chǎn)連續(xù)運行，是一個很復雜的系統(tǒng)技術(shù)。 123456

2.5  我國PAN基碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 copyright 123456

      據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國已有32～35 家公司投入碳纖維的研發(fā)與生產(chǎn)。其中自己擁有原絲的有19 家。如果按照已經(jīng)購買了設備，已建成或在建的生產(chǎn)線統(tǒng)計，假如這些生產(chǎn)線全部建成并投產(chǎn)，碳纖維總產(chǎn)能可達到約1.6～2.0萬 t/a，“十一五”期間，企業(yè)、銀行和國家各級政府總共投入資金約100～120億 元人民幣。該行業(yè)雖已經(jīng)出現(xiàn)一些投資者退出和破產(chǎn)的現(xiàn)象，但仍不乏有新的投資者在進入。

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    在生產(chǎn)碳纖維的型號和規(guī)格方面，目前所有的廠商中只有藍星公司生產(chǎn)24k碳纖維，上海石油腈綸事業(yè)部有大絲束的規(guī)劃，其他廠家主要生產(chǎn)12k或以下k數(shù)產(chǎn)品。絕大部分廠家宣稱，產(chǎn)品達到東麗T300的水平。至少有5 家企業(yè)宣布產(chǎn)品達到東麗T700的水平，但在市場上鮮有批量的銷售。至少有4 家企業(yè)宣布產(chǎn)品達到東麗T800的主要技術(shù)指標，其中一家江蘇的企業(yè)高調(diào)宣稱其在中國已率先攻克碳纖維生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定性難題，甚至其碳纖維產(chǎn)品力學性能和離散系數(shù)超越了東麗T800的指標。目前除了北京化工大學，還沒有企業(yè)宣布高模量碳纖維（類似東麗M40）的生產(chǎn)。

     目前國產(chǎn)強度3 000 MPa左右12k碳纖維在市場的售價約120 元/kg以下，土耳其AKSA公司A-42～A-49型號12k碳纖維的價格分別約135～145 元/kg，同級別臺灣碳纖維價格類比土耳其約高出15%，日本三菱TR50S-12k碳纖維價格約155 元/kg，而日本東麗T700-12k碳纖維價格較亂，約在180～200 元/kg之間，如果按照東麗22～25 美元/kg的國際價格，加上進口關(guān)稅和增值稅，到中國市場價格應該是200多 元/kg，可能由于去年價格較低時，國內(nèi)有存貨在今年拋售，或是導致東麗T700-12k價格混亂原因。上述價格讓幾乎所有碳纖維供應商無利可圖，尤其是國產(chǎn)碳纖維企業(yè)，很多廠家是低于成本價拋售，銷售越多，企業(yè)虧損越大。一方面是碳纖維生產(chǎn)線巨大的資金投入和存在大量的產(chǎn)品技術(shù)與品質(zhì)問題令人糾結(jié)，另一方面是虧本銷售，碳纖維企業(yè)因此陷入了空前的困境。 123,123

   人們不禁要問，國內(nèi)碳纖維市場的低價格走勢是如何形成的？是國內(nèi)碳纖維企業(yè)相互惡性競爭的結(jié)果？或是國外老牌碳纖維企業(yè)有意打壓中國新生的碳纖維產(chǎn)業(yè)？抑或處于成長期的我國碳纖維因品質(zhì)不好，目前只能被市場邊緣化？但無論何種原因都不是我們所能掌控。唯有打破僵局，努力尋求突破“圍城”之路。
 
      雖有一些企業(yè)已積極向碳纖維下游產(chǎn)業(yè)鏈開拓，快速進入預浸料及各類織物的加工，甚至是復合材料零件產(chǎn)品的制造。然而他們卻發(fā)現(xiàn)，進入這些行業(yè)后也面臨很大的技術(shù)問題，做出的產(chǎn)品品質(zhì)、性能和性價比也不高，很難在市場競爭中獲勝或無法進入高端市場。到頭來是攤子越鋪越大，路子卻越走越艱難，企業(yè)或?qū)⑾萑敫蟮睦Ь场?/span>

3  以系統(tǒng)論的思想發(fā)展碳纖維復合材料

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      系統(tǒng)的通常定義是：有若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機整體。系統(tǒng)論的基本思想，就是把所要研究和處理的對象當作一個系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究系統(tǒng)、要素和環(huán)境三者的相互關(guān)系與變動的規(guī)律性。貝塔朗菲強調(diào)：任何系統(tǒng)都是一個有機的整體，它不是各個部分的機械組合或簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的性質(zhì)[12]。 本文來自123

3.1  企業(yè)要以碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)為戰(zhàn)略基礎

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      碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈每個環(huán)節(jié)的技術(shù)的關(guān)聯(lián)度是非常緊密的，可以說是環(huán)環(huán)緊扣，步步關(guān)聯(lián)，例子比比如是：如市場上沒有優(yōu)質(zhì)的、大批量和低成本的原絲，要想單獨建一個大型的纖維碳化廠可謂是“無米之炊”；而當碳纖維絲束獨立存在時卻是“英雄無用武之地”，只有與樹脂基體結(jié)合后才能充分發(fā)揮出其優(yōu)異的力學性能和功能；即便是同樣品質(zhì)的碳纖維，如在復合材料中的排列方式不一樣，其各自復合材料的總體性能差異就很大；碳纖維如與性能不匹配的樹脂復合，也不可能成為高性能的復合材料；即或所有基礎材料都是高品質(zhì)和相匹配，但加工成型的設備和工藝不對，也不可能生產(chǎn)出高品質(zhì)和高性能的復合材料……總之，在整個碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域，無論是發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)，還是發(fā)展復合材料下游產(chǎn)業(yè)，我們的各級決策者應秉承系統(tǒng)論的思維與戰(zhàn)略尤為重要。不站在系統(tǒng)論的觀點盲目跟風去發(fā)展碳纖維，就很容易誤入迷途。同理，不對國內(nèi)外碳纖維有清晰的認識，對高素質(zhì)復合型人才缺乏了解，盲目發(fā)展高性能復合材料，也會陷入被動。

3.2  需從復合材料系統(tǒng)性降低成本來實現(xiàn)低成本化

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     國際上業(yè)界有一句流行的話：從原材料到碳纖維，價格從1變到3；把碳纖維加工成復合材料，價格可從3變到10。這句話表達了兩層含義：從碳纖維到復合材料，增加的附加值更多；碳纖維在復合材料中的成本是約20%～30%。但必須指出，所謂低成本高性能復合材料不是指絕對的低成本，必須要強調(diào)高性能價格比，而且要強調(diào)系統(tǒng)下的比較成本優(yōu)勢，比如汽車用碳纖維復合材料，不光要計算其零部件本身的成本，更要計算組合安裝成本以及節(jié)能減排和綠色環(huán)保效應帶來的綜合效益。否則，只計算零部件的絕對成本，高性能復合材料肯定比傳統(tǒng)或常規(guī)的復合材料高出很多。
 

本文來自123

      如前所述，要用系統(tǒng)論來看待和處理高性能結(jié)構(gòu)復合材料。在這種思維指導下，我們可以發(fā)現(xiàn)大量的成本節(jié)省空間。比如，同樣一個結(jié)構(gòu)復合材料，采用大絲束或小絲束碳纖維的問題，節(jié)約的成本可不光是纖維本身的價格差，后續(xù)預制工藝也在節(jié)約成本，甚至預浸鋪層工藝也會節(jié)約成本。從結(jié)構(gòu)復合材料的設計開始，就必須充分考慮成本因素，如果設計師在各個環(huán)節(jié)缺乏相對精確的許用值，不斷加大安全系數(shù)，設計出的復合材料零件比金屬零件還厚重，那低成本就根本無從談起。

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      對于高性能復合材料，成本不僅可以控制，還可以設計。有大量原材料和成型工藝的排列組合可供設計師選擇，不同的材料工藝組合就有不同的成本。所以，高水平復合結(jié)構(gòu)的設計人員，不光是優(yōu)秀的技術(shù)人員，也應是精確的成本核算師。
人類在不停地提升碳纖維和樹脂的性能以及各種結(jié)構(gòu)復合材料的成型工藝，優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設計人員應及時掌握這些信息和動態(tài)，不斷提升結(jié)構(gòu)的性能與功能，以期獲取最高性能價格比的產(chǎn)品。

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4  借鑒國際碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式，調(diào)整我們自己的發(fā)展觀念與思路全世界有8 家碳纖維大企業(yè)，各有其發(fā)展模式與特點。 copyright 123456

4.1  小絲束碳纖維企業(yè)
 
      日本的東麗、東邦和三菱3 家企業(yè)比較類似，產(chǎn)品范圍比較全面，從標準模量、中模量到高模量，力學性能品級齊全，品種規(guī)格豐富，產(chǎn)能主要集中在小絲束，用于航空航天及高端體育器材，素以引領(lǐng)世界碳纖維發(fā)展“三駕馬車”著稱，尤其在全球進入節(jié)能減排時代后，日本這幾家著名碳纖維企業(yè)首先配合波音和空客兩大飛機制造公司，相繼在B787夢想飛機和A380空中巨無霸大飛機上大量使用碳纖維復合材料，突破了民航大飛機上先進復合材料結(jié)構(gòu)超過50%的革命性創(chuàng)舉。在此基礎上，他們分別主動與歐美、日系汽車企業(yè)強強聯(lián)手，搶占先機，大力發(fā)展新能源復合材料汽車。臺塑是1984年收購美國Hitco碳化技術(shù)后進入碳纖維領(lǐng)域的，主要生產(chǎn)12k碳纖維，產(chǎn)能規(guī)模排位世界第4，其碳纖維主要用于臺資企業(yè)的體育器材領(lǐng)域；美國Hexcel與Cytec均生產(chǎn)小絲束碳纖維，Hexcel有高強、中模碳纖維，Cytec只有普通品種的PAN碳纖維和世界上最好的瀝青基碳纖維，這兩家公司在東麗進入波音公司前，其預浸料基本壟斷了美國航空航天復合材料（尤其是軍品）市場，同時還供應碳纖維復合材料零件。

本文來自123

4.2  大絲束碳纖維企業(yè) 123,123

     美國Zoltek在1988年通過收購Stackpole Fibers進入碳纖維，1992年，Zoltek建立了第一條基于工業(yè)腈綸的連續(xù)碳化線，把戰(zhàn)略目標鎖定在低成本的工業(yè)應用；1995年，Zoltek收購了位于匈牙利的腈綸廠；1999年，Zoltek收購了4 家復合材料企業(yè)，包括材料設計、預浸料和復合材料設備公司，努力向碳纖維下游突進；進入新世紀后，Zoltek在風電葉片領(lǐng)域銷售了大量的碳纖維及其碳纖維預浸料，同時，積極開拓汽車市場[13]。德國SGL通過1997年收購英國RK Carbon進入碳纖維領(lǐng)域；1998年，與美國著名的高爾夫球桿公司Aldila合資建立碳纖維碳化廠，產(chǎn)能1 100 t/a；2010年，與寶馬的合資公司在美國投資碳纖維碳化線，專用于寶馬汽車復合材料。同時，在大絲束領(lǐng)域令人矚目的是，日本三菱在產(chǎn)品開發(fā)中嬗變戰(zhàn)略，從小絲束跨界到大絲束領(lǐng)域，看好的就是蓬勃發(fā)展的國際風電產(chǎn)業(yè)市場和未來低成本、高性能碳纖維復合材料的發(fā)展方向，其60k大絲束碳纖維力學性能已達到東麗T700水平，并且SGL與寶馬合資在美國的大絲束碳纖維碳化線，所需原絲也是由三菱提供的。

4.3  要在反思中學會選擇借鑒適合自己的發(fā)展模式
 
      通過了解和借鑒上述8 家世界主要碳纖維公司的運營歷史與模式，值得我國碳纖維企業(yè)認真反思自己的發(fā)展模式。是否言必稱和行必效東麗？是否應該找一家更適合我們國情及企業(yè)本身條件的模式來學習？我們覺得中國碳纖維產(chǎn)業(yè)應該著眼于發(fā)展大絲束碳纖維，建議以20%/80%比例分配小絲束/大絲束的產(chǎn)能，除少數(shù)幾個科研單位或企業(yè)可以專攻特殊品級（如高強中模如東麗的T800和T1000，高強高模如東麗的M50J和M60J等）碳纖維外，其他大部分碳纖維廠家應該把戰(zhàn)略定位在大絲束碳纖維及工業(yè)化應用上。這是因為小絲束碳纖維的傳統(tǒng)市場如航空航天市場是一個緩慢和有限的發(fā)展過程，體育器材市場擴展空間也有限，最有發(fā)展?jié)摿Φ氖悄茉?、汽車等工業(yè)應用領(lǐng)域，必然是將來低成本大絲束碳纖維應用的廣闊市場。同時，隨著技術(shù)的成熟和市場應用的促進，大絲束不再是“低檔貨”的代名詞，如今大絲束力學性能不僅有T300級別的，也有T700強度級別和中高模量的。 123456
  日本友人曾形象的比喻，碳纖維生產(chǎn)猶如中國傳統(tǒng)的象牙雕刻，需要精雕細琢，而中國的現(xiàn)代工業(yè)文明正是缺失這種“一絲不茍”的文化因素，所以要想做出高水平的碳纖維是很困難的。從中國目前對碳纖維掌握的技術(shù)與管理水平看，大力發(fā)展大絲束碳纖維不失為明智和務實的選擇，也完全符合當今低成本碳纖維及其復合材料的全球發(fā)展趨勢，這一趨勢已從碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域應用的今天，世界8 大碳纖維企業(yè)中的大絲束碳纖維廠商迅速崛起得到印證。而且中國人的成本控制能力非常強，中國價格也是聞名四海，低成本大絲束碳纖維或?qū)⑹俏覀兛梢栽谑澜绺偁幹蝎@勝的主要法寶。

 西方國家嚴格實施對碳纖維及其復合材料領(lǐng)域的技術(shù)與裝備出口的管制，主要是針對軍事用途的。當我們大部分企業(yè)把目標市場定義在工業(yè)應用領(lǐng)域后，我們就可以整合大量成熟的國際資源為我們服務。

西方國家嚴格實施對碳纖維及復合材料領(lǐng)域的技術(shù)與裝備出口的管制，主要是針對軍事用途的。當我們大部分企業(yè)把目標市場定義在工業(yè)應用領(lǐng)域后，我們就可以整合大量成熟的國際資源為我們服務。

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5.1  充分借鑒成熟腈綸工業(yè)的成果，發(fā)展工業(yè)級大絲束碳纖維

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      國際上幾乎所有的碳纖維巨頭，都曾經(jīng)有強大的腈綸工業(yè)做支撐。在實驗室或小試線制備研發(fā)原絲時，似乎與腈綸工業(yè)關(guān)系不大，但在碳纖維工業(yè)化和商業(yè)化的進程中，腈綸工業(yè)的技術(shù)基礎就現(xiàn)得尤為重要。目前，我們國內(nèi)還存在著一種莫明的現(xiàn)象：搞原絲的人似乎不太看得起腈綸工業(yè)的“粗獷”，而搞腈綸的人則覺得搞原絲的人“不懂工業(yè)”。我國有世界第二和第三規(guī)模的腈綸產(chǎn)業(yè)基地，我們也有很多科研單位與廠家以小試規(guī)模做出了類似T700和T800性能的原絲，我們能否形成“科研部門等技術(shù)單位繼續(xù)研發(fā)小絲束原絲滿足軍工需求，腈綸廠則在腈綸技術(shù)基礎上研發(fā)工業(yè)應用大絲束原絲的互利互助的分工合作格局”？改造和采用腈綸大規(guī)模的生產(chǎn)及工程系統(tǒng)經(jīng)驗，生產(chǎn)工業(yè)級大規(guī)模和低成本的大絲束原絲技術(shù)，是生產(chǎn)低成本大絲束碳纖維的重要方向：可以充分借助腈綸廠現(xiàn)有的公用工程和廢物處理系統(tǒng)，減少項目投資；可以充分借助腈綸廠熟練的技術(shù)工人和管理經(jīng)驗，保證生產(chǎn)的連續(xù)與品質(zhì)；可以充分借助腈綸廠對生產(chǎn)成本和對經(jīng)濟產(chǎn)能的嚴格要求，保證最低的成本；腈綸科技人員要充分尊重原絲的技術(shù)生產(chǎn)特點，要把原絲技術(shù)有機地融入腈綸工業(yè)體系，這可能是我國碳纖維突破眼前困境的重大思路。 123456

5.2  大絲束、大規(guī)模和低成本的碳化線

     整體上講，大絲束碳纖維的預氧化和碳化工藝比小絲束復雜。目前，我國絕大多數(shù)碳化線是按12k小絲束為基準來設計的。對大絲束的預氧化和碳化也缺乏工藝經(jīng)驗，對整個生產(chǎn)線的低成本運營更是沒有經(jīng)驗。而SGL在美國投資的產(chǎn)能1 500 t/a碳化線，從土建奠基到碳纖維產(chǎn)出，只用了一年的時間，足以證明該公司的大絲束碳化線技術(shù)、工程與系統(tǒng)十分成熟和穩(wěn)定。這類成熟和可靠的經(jīng)驗平臺，值得我們學習與借鑒。在對待發(fā)展大絲束碳纖維的產(chǎn)業(yè)觀念上，中國人必須要從航空航天和國防軍工定義的小絲束碳纖維概念的束縛中擺脫出來：大絲束不是“低檔貨”的代名詞，大絲束不僅是過去的T300級別，目前也有T700強度的，將來還有中高模量的。配合原絲技術(shù)的提升，精確設計碳化的各段工藝與技術(shù)裝備，實現(xiàn)每千克纖維的公用工程消耗最小化，是碳化線技術(shù)平臺努力的方向。

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5.3  熱熔性預浸料整體解決方案

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      如前面所提及，對于新上預浸料的投資者，一定要充分重視預浸生產(chǎn)核心競爭力的準備，不要認為買一臺好的設備，就自然可以做出合格的預浸料。所以這類新投資者，最需要購買整體解決方案。借助有經(jīng)驗預浸專家的幫助，建立良好的系統(tǒng)，才能獲得有回報的投資。而對于現(xiàn)有國產(chǎn)碳纖維企業(yè)投資預浸料設備，若必須要進口預浸機來加工本廠的碳纖維，這也需要有經(jīng)驗專家和后續(xù)應用的支持，否則待浪費了大量的國產(chǎn)材料和折騰了時間后，最終仍不得不采用進口的碳纖維。

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5.4  各類碳纖維復合材料應用解決方案 123456

      國外經(jīng)過長期的發(fā)展，對很多碳纖維復合材料的應用已經(jīng)有非常成熟的解決方案。比如碳纖維復合材料風電葉片梁、大型碳纖維復合材料桅桿、碳纖維復合材料芯導線等。引進這些成熟解決方案，是我們快速推動和擴大碳纖維復合材料應用的捷徑。 本文來自123

5.5  國際市場成熟的碳纖維用戶與市場

       目前，中國每年約消耗10 000 t碳纖維，是國際上碳纖維消耗大國。但是，我們的復合材料市場并不強大，如很多客戶根本就沒有材料的設計能力，換一個品種的碳纖維后，就不知道該怎么做了。相比之下，發(fā)達國家的碳纖維用戶顯然有更強的技術(shù)能力，不光在產(chǎn)品上善于創(chuàng)新，也比較容易接受新鮮的事物。建議國內(nèi)較成熟的碳纖維企業(yè)要敢于走到國際市場，利用國際市場開發(fā)使用我們的碳纖維，并得以機會逐步提升國產(chǎn)碳纖維品質(zhì)。

6  轉(zhuǎn)變觀念，提升產(chǎn)學研的合作效益

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      我國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)的一般發(fā)展模式是專家與企業(yè)的結(jié)合。其中不乏專家與企業(yè)成功合作的范例，但也有不少合作矛盾重重。如有些企業(yè)的工程技術(shù)人員看不起專家，認為他們說什么技術(shù)都頭頭是道，但現(xiàn)場遇到問題就束手無策，很多現(xiàn)場的問題全靠工程技術(shù)人員解決；反之，有些專家看不起企業(yè)的工程技術(shù)人員，認為你連碳纖維的基本知識都不懂，怎么可能把碳纖維搞好？還有一些企業(yè)，在解決了一定的工程技術(shù)難題后就盲目自信，認為自己已經(jīng)是碳纖維專家了，什么都明白?？茖W與工程的矛盾，演變成專家與企業(yè)的矛盾，這對我國碳纖維的發(fā)展是極為不利的。

       一方面，由于各國對碳纖維技術(shù)的保密，要在國際人才市場上引進有系統(tǒng)經(jīng)驗的真正的專家非常困難。所以，國內(nèi)為數(shù)不多的專家是國家稀有的寶貴財富，是企業(yè)發(fā)展碳纖維的技術(shù)支撐。從聚丙烯腈到原絲，從原絲到碳纖維，再從碳纖維到廣泛應用的復合材料，形成了一個既龐大又復雜的碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈，還有很多類似機理方面的基礎研究科學問題尚未得到很好的理論解釋，光靠企業(yè)的工程實踐經(jīng)驗是無法破解的。值得注意的是，我們一些企業(yè)家曾經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域取得了輝煌的成功，帶著強烈的愛國情懷，全身心投入碳纖維事業(yè)，天天蹲在生產(chǎn)線旁邊研究問題，這種精神值得欽佩，但是如果能有效地激勵科技人員攀登科學高峰的激情，形成持續(xù)和不斷擴大的研發(fā)實力，恐怕比你身體力行更有效益。因此，企業(yè)家們必須胸襟豁達，目光放遠，力戒浮躁，尊重科技人員，努力建立一個好的分享機制，推動專家們悉心去研究，不斷攻克技術(shù)難關(guān)，并用他們的研究成果去指導工程實踐。 123456
  
       另一方面，在碳纖維及其復合材料的整個產(chǎn)業(yè)鏈中，除了基礎科學研究的學術(shù)和理論，也依然有大量工程實踐的經(jīng)驗與技術(shù)，尤其是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)線，我國的專家也極少有實際工程方面的經(jīng)驗。畢竟當前整個中國還沒有一條能高效、穩(wěn)定、連續(xù)和低成本的碳纖維工業(yè)化裝置成功運行，所以專家們也無從去積累經(jīng)放大或成熟后的工程經(jīng)驗。主要的經(jīng)驗只能靠企業(yè)的工程技術(shù)人員和專家一起在實踐過程中去摸索。這些寶貴的經(jīng)驗，應該成為專家們科學理論的驗證數(shù)據(jù)和進一步深入研究的基礎數(shù)據(jù)，所以也理應得到專家的尊重與認可。 123456

  只有科學研究與工程實踐的相互促進和螺旋式提升，才能真正形成一個既有科學理論和又有工程實踐經(jīng)驗的完整的技術(shù)體系。這是我國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展，趕超發(fā)達國家的必要條件。 123,123

7 借鑒國外成功經(jīng)驗，加強我國復合材料共享數(shù)據(jù)庫建設 內(nèi)容來自123456

      復合材料與其說是材料，更是一種結(jié)構(gòu)，這個特點給結(jié)構(gòu)設計人員帶來難題，他們期望能有一個像金屬材料設計手冊一樣的材料性能數(shù)據(jù)庫，以便于復合材料更容易被各個工業(yè)領(lǐng)域所采用。美國航天局（NASA）和美國航空管理局（FAA）一直在推動航空領(lǐng)域內(nèi)共享復合材料數(shù)據(jù)庫的建設，主要經(jīng)歷了3 個階段的發(fā)展：

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      第一個階段，傳統(tǒng)模式。對于一個新的飛機型號，設計者首先要向適航當局申請適航型號合格證（TC），TC申請人對復合材料供應商開展Qualification（合格性鑒定），并將所有文件和數(shù)據(jù)整理報適航當局有關(guān)機構(gòu)進行適航符合性審查。審查通過后，TC申請人會將該供應商列入其合格供應商目錄。實施過程形成的數(shù)據(jù)庫、材料規(guī)范、工藝規(guī)范等知識產(chǎn)權(quán)一般歸TC申請人所有，TC 申請人一般不愿將這些數(shù)據(jù)和知識與其他航空型號設計和制造商共享。其他TC申請人即使使用同一種材料也必須重復材料鑒定工作，這就造成了經(jīng)費的浪費和時間的耽誤，對于小型航空器設計和制造公司來講，這些浪費幾乎是不可接受的。 copyright 123456

       第二個階段，AGATE階段。從1994 年開始在NASA、FAA和美國70 家企業(yè)、學術(shù)機構(gòu)與政府機構(gòu)組織開展了AGATE（Advanced General Aviation Technology Experiments）項目。在通用航空領(lǐng)域內(nèi)，發(fā)展一種通用的復合材料鑒定和性能等同判斷方法和規(guī)則，建立共享的數(shù)據(jù)庫，大幅度降低材料鑒定的成本和時間，加快通用飛機設計、發(fā)展進程和適航審定。 內(nèi)容來自123456

      第三個階段，NCAMP階段。2005年NASA 的技術(shù)人員認識到AGATE的方法應該從通用航空領(lǐng)域推廣到整個航空行業(yè)，于是建立了一個永久性機構(gòu)（National Center for Advanced Materials Performance，NCAMP），與復合材料手冊CMH-17（之前叫MIL-HDBK-17，由美國軍方管理）一起來繼續(xù)優(yōu)化這些方法，并致力于這些方法的發(fā)展和應用，同時也成為共享數(shù)據(jù)庫的運行維護者和服務提供者[14]。
 
      根據(jù)上述美國在航空航天領(lǐng)域復合材料數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和發(fā)展經(jīng)驗，我們認為：我國航空航天部門要加快對上述經(jīng)驗的學習與吸收，積極發(fā)揮“后發(fā)優(yōu)勢”，不走歷史老路，盡快成立類似于“NCAMP”的機構(gòu)；美國的大量復合材料數(shù)據(jù)是基于本國或日本、歐洲廠家的數(shù)據(jù)，我們要積極鼓勵我們本土的纖維企業(yè)、復合材料企業(yè)及復合材料用戶提供各類數(shù)據(jù)，加大對這些數(shù)據(jù)在復合材料用戶中的推廣宣傳，用翔實的實驗數(shù)據(jù)打消應用單位采用國產(chǎn)復合材料的顧慮和擔憂，并積極鼓勵他們敢用與多用；復合材料共享數(shù)據(jù)庫不應該僅僅限于航空航天領(lǐng)域，應該擴展到其他所有應用領(lǐng)域；復合材料數(shù)據(jù)庫不應該僅限于國內(nèi)，也要做國際推廣，讓國外的用戶了解中國復合材料的發(fā)展進展和標準規(guī)范，讓中國數(shù)據(jù)庫成為世界數(shù)據(jù)庫的組成部分。這個工作同時可以起到幫助推銷我國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)，且是一種極為有效和權(quán)威的推銷思路和手段；本共享數(shù)據(jù)庫的建設，也是維系行業(yè)團結(jié)與共同進步的紐帶，充分發(fā)揮“我為人人，人人為我”的團體優(yōu)勢，摒棄低水平血拼式惡性競爭方式，用技術(shù)與品質(zhì)為中國復合材料產(chǎn)業(yè)在國際上贏得一席之地。

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8 加強行業(yè)宏觀管理，強力推進整個產(chǎn)業(yè)鏈的脫困與發(fā)展 copyright 123456

8.1  回顧歷史和以鄰為鑒 123,123

      先有必要回顧一下中國碳纖維的發(fā)展史。1960年代，我們幾乎是與日本和美國同時起步研發(fā)碳纖維。1970年代，日本與美國在碳纖維領(lǐng)域有一個迅猛的發(fā)展；而我國張愛萍將軍組織的“7511會戰(zhàn)”也取得了很大成績。1980年代，東麗就宣布開發(fā)出其頂級產(chǎn)品T1000；而臺塑、Zoltek等公司剛起步；我國已經(jīng)投資為吉林化學工業(yè)公司（現(xiàn)中石油吉化公司）引進了英國產(chǎn)能100 t/a的工程線，隨后北京化工學院（現(xiàn)北京化工大學）利用聯(lián)合國的資助引進了英國產(chǎn)能10 t/a的實驗裝置。1990年代，世界碳纖維格局發(fā)生巨大變化，Cytec收購Amoco碳纖維部門進入碳纖維領(lǐng)域，Hexcel收購Hecules碳纖維進入碳纖維領(lǐng)域，SGL收購RK Carbon進入碳纖維領(lǐng)域，Zoltek收購匈牙利腈綸廠，為低成本碳纖維打下原絲基礎；而我國的碳纖維事業(yè)卻基本處于停滯狀態(tài)。2001年，兩院院士師昌緒先生給江澤民主席寫了“關(guān)于加速開發(fā)高性能碳纖維的請示報告”，重新點燃了中國碳纖維的發(fā)展之炬，尤其自2007年起（十一五期間），中國進入了如火如荼般的碳纖維投資期，短短幾年間即誕生了大量的碳纖維廠家，但絕大部分均處于低水平的重復建設項目。全國各地先后至少4～5 個城市和6～7 家企業(yè)在上項目時宣稱產(chǎn)能上1萬 t/a，更有甚者，有家企業(yè)以碳纖維技術(shù)方名義，竟前后分別與4～5 家央、國企或民企合作，不惜巨資和重復投資，在各地建“萬噸級碳纖維項目”，甚至在當下碳纖維產(chǎn)業(yè)已整體陷入困境的情況下，還與某市緊鑼密鼓合作，聲稱要在該市投30億 元巨資上1萬 t/a產(chǎn)能的小絲束碳纖維項目，雖然其技術(shù)水平低下，更沒有PAN原絲技術(shù)，但卻妄稱自己是中國的“碳纖維之父”，屢次三番得到某些政府和投資企業(yè)的青睞，竟然也不斷得到某些知名專家、權(quán)威的支持和吹捧，真乃咄咄怪事！也足見這種“燒錢”的投資行為已瘋狂到無以復加的地步！

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       通過這段歷史的簡單回顧，可以斷定我國碳纖維及其高性能復合材料的產(chǎn)業(yè)管理嚴重缺失。早期，我們依靠中央組織會戰(zhàn)；后期，我們依靠著名科學家去呼吁，去推動；再后來，就各自為陣，大干快上，相互復制。今天，30多 家企業(yè)（除了極個別軍工定點的企業(yè)）集體陷入了空前的困境：一方面，千軍萬馬蜂涌而上“獨木橋”，但技術(shù)不過關(guān)，又無創(chuàng)新能力，產(chǎn)品品質(zhì)不如人且成本過高，以前期盼的碳纖維及其復合材料的廣闊應用愿景，好多在中國并不存在和不現(xiàn)實，價格被國際市場打壓在嚴重虧損的區(qū)間，導致國產(chǎn)碳纖維甚至虧本還難賣，希望正在化為泡影。而另一方面，“獨木橋”下仍不斷有新的項目、巨資和熱情在躍躍欲試。整個產(chǎn)業(yè)的宏觀管理堪稱亂象叢生！有人對此卻不以為然，認為市場經(jīng)濟就應該經(jīng)歷這種群雄混戰(zhàn)和優(yōu)勝劣汰的過程。但是試問：我國對碳纖維的投資難道是真正的市場經(jīng)濟行為嗎？答案和事實是絕大部分項目背后都有國家和地方政府、銀行和央企支撐的身影，這顯然又是典型中國特色的“市場經(jīng)濟”產(chǎn)物！

 而與我國碳纖維發(fā)展模式大相徑庭和不可思議的是，2007年時，一家土耳其的AKSA腈綸公司初涉碳纖維領(lǐng)域，僅短短幾年工夫就成了一匹驚愕于世的“黑馬”，其Aksaca碳纖維性能品級從A-42（相當于東麗T300）一下子突破A-49（相當于東麗T700），總產(chǎn)能躍升至3 500 t/a，從2010年搶灘中國市場至今僅兩年半時間，就在中國市場創(chuàng)造了銷售1 500 t碳纖維的奇跡，年銷售量比中國全部碳纖維企業(yè)年實際銷售總量（指合格品產(chǎn)品）還多！僅此為鑒，難道還不足以令我們以碳纖維舉國戰(zhàn)略的泱泱大國震驚和汗顏嗎？接下來，韓國的Taekwang和Hyosung，還有沙特、印度等國近年來相繼介入的碳纖維企業(yè)，也一定會快速在國際碳纖維領(lǐng)域崛起，屆時我們又將情何以堪？ 內(nèi)容來自123456

8.2  創(chuàng)建“碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合會”或?qū)⑹菙[脫困境之上策 123456

      對于30多 家已進入碳纖維領(lǐng)域并集體陷入困境的企業(yè)，誰應該來引導和支持他們集體脫困？按目前的發(fā)展態(tài)勢，幾年后，緊隨其后的碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)或?qū)⒊蔀橐粋€更大的“爛尾樓”？我國還要不要這個“新興的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)”？誰該來拯救這個“剛出生就面臨夭折的孩子”？ 本文來自123

      在此我們向業(yè)界呼吁：直面現(xiàn)實，須以鳳凰涅磐和浴火重生的勇氣，銳意改革，敢于創(chuàng)新，開辟出一條具有中國特色的碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)通衢。建議在中國創(chuàng)建一個由“官、產(chǎn)、學、研、用”等組成的碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合會組織。該聯(lián)合會至少應由5 個方面群體組成：

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第一大群體，自然是已投入巨資的碳纖維企業(yè)，他們是困境陷入者，對擺脫困境最有迫切需求；

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第二大群體，為碳纖維復合材料的終端用戶或潛在用戶，如航空航天、體育器材、風電葉片、高鐵汽車、國家電網(wǎng)、深海油田、建筑補強等應用部門。這類群體原本是最重要的，是碳纖維的終端需求市場，將圍繞碳纖維形成跨行業(yè)、跨界和龐大的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，有待于下大力氣培育壯大；

第三大群體，為介于碳纖維到復合材料制品的中間材料制造企業(yè)，如預浸料、織物、短切纖維等原材料以及型材等復合材料加工企業(yè)，這個群體是碳纖維到最終應用必須過渡的技術(shù)和物質(zhì)橋梁；

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第四大群體，為研究碳纖維及其復合材料的設計和工程技術(shù)專家，以及服務于這個行業(yè)的技術(shù)及裝備企業(yè)，還有服務于這個行業(yè)的樹脂企業(yè)和其他復材耗材企業(yè)。這個群體是服務于整個產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，并提供技術(shù)、材料和裝備支持的。

第五大群體，為具有對各行業(yè)發(fā)展規(guī)劃和協(xié)調(diào)的公權(quán)力及影響力的政府領(lǐng)導部門、兩院院士和著名專家。這個群體需要去深入和客觀地了解行業(yè)的真相，運用其卓越的洞察力、智慧和公權(quán)力及影響力，去為整個產(chǎn)業(yè)鏈健康有序發(fā)展制定政策環(huán)境。

    上述聯(lián)合會組織不等同于一般的民間協(xié)會，從聯(lián)合會的組織結(jié)構(gòu)、功能職能、制度機制、運轉(zhuǎn)方式等都是一種前所未有的創(chuàng)新之舉，無論外延與內(nèi)涵都明顯與數(shù)年前曾創(chuàng)立的“碳纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”或近期各地相繼成立的區(qū)域或行業(yè)性類聯(lián)盟組織有很大區(qū)別。要把能調(diào)動上述5個群體積極性的政策，如政府支持的建議權(quán)，甚至經(jīng)費分配的建議權(quán)歸到這個組織中。使之對整個聯(lián)合會形成強有力的支配力量。以各家參與企業(yè)在市場上產(chǎn)生的績效或潛在績效劃分話語權(quán)，采取集體協(xié)商與決策制度。 copyright 123456

       以目前中國碳纖維及其復合材料的現(xiàn)狀和管理體制，靠任何單個企業(yè)或產(chǎn)業(yè)鏈段是無法改變局面和擺脫困境的。在關(guān)乎國家興衰的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)面前，風云變幻的國際競爭很可能出現(xiàn)強勢聯(lián)手將“新生兒”扼殺于搖籃之舉，而且“殺手們”往往都采用國際慣例的商業(yè)規(guī)則，防不勝防。我國“舉國機制”是一大中國特色，往往會創(chuàng)造出令世人瞠目的奇跡。“水能覆舟更能載舟”，如“中國特色”不慎導致碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈走入困境，不妨仍用“中國特色”來突破重圍。但愿創(chuàng)建“碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合會”之舉措，或?qū)⑹墙鉀Q當前和相當長時間內(nèi)中國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)危為安和健康、有序發(fā)展的有益思路。 copyright 123456

本文在多年的觀察、調(diào)研、醞釀和寫作過程中，承蒙我國新材料領(lǐng)域部分著名專家學者、科技領(lǐng)導及企業(yè)家的贊許和具體指導，在此謹向他們深表敬意和謝忱！

參考文獻： 123,123

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