儲氫瓶、風電葉片、大橋斜拉索……近些年，高性能碳纖維及其復合材料在新能源領域的應用不斷打開新空間，也不斷刷新著大家的認知。

5月17日，新能源用高性能纖維及復合材料論壇在江蘇連云港舉辦。該論壇是中復神鷹·2024國際高性能纖維及復合材料高端論壇分論壇之一。

▲成志鋼

江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司氫瓶事業部總經理成志鋼介紹了碳纖維復合氣瓶技術的創新發展情況。

他介紹，國內民用復合氣瓶產業發展始于2000年左右。當時，我國空氣呼吸器用復合氣瓶迅速發展，但是所用的T700級碳纖維主要靠進口。在2019年之前，國富氫能所用的碳纖維全部進口自日本和韓國。

隨著國產碳纖維技術的快速發展，目前，我國復合氣瓶領域使用的碳纖維已經基本實現了國產化替代。以國富氫能為例，2019年，公司與中復神鷹簽定了戰略合作開發協議。由國富氫能給出儲氫瓶用T700級碳纖維的強度、模量指標，中復神鷹進行專項開發，該項工作取得成功。

“中復神鷹研發的SYT 49S-24K碳纖維的性能，在當時就已經超過了日本企業的產品水平。我們用中復神鷹的碳纖維做出來的儲氫瓶，輕于用日本企業的碳纖維做出來的儲氫瓶。我們還使用中復神鷹的SYT49S-24K碳纖維成功開發了70MPA三型儲氫瓶，其疲勞次數達11000次以上。這實現了兩個突破，一是突破了三型儲氫瓶必須用T800級碳纖維才能合格的限制，二是突破了國產碳纖維在70MPA儲氫瓶上的應用。”成志鋼說。

成志鋼還介紹了復合氣瓶用碳纖維的特性指標，包括干噴濕紡與濕紡碳纖維的區別，線密度（大絲束）與纖維利用率的關系，碳纖維模量、強度與三型復合氣瓶性能的關系等。其中，模量越高，疲勞性能越好，強度越高，儲氫瓶的安全系數越高。“三型儲氫氣瓶疲勞的核心在于鋁內膽，鋁內膽的疲勞核心在于內膽在疲勞壓力下的應力。”

對于復合氣瓶用碳纖維的發展方向，成志鋼認為主要體現在以下幾個方面，包括強度更高、模量更高，重點提升低值，提高纏繞工藝性，提升線密度的穩定性，聚焦干噴濕紡產品，聚焦T700級等。

▲Flávio A. Marter Diniz

德國亞琛工業大學紡織技術研究所研究助理Flávio A. Marter Diniz介紹了前驅體聚乙烯在碳纖維及其復合材料輕量化應用中對降低成本的作用。

目前，全球碳纖維市場上以聚丙烯腈基（PAN）碳纖維為主，PAN基碳纖維市場份額約為96%，其50%的生產成本與PAN基碳纖維原絲有關。聚乙烯（PE）是一種前驅體替代材料，可用于生產具有良好成本效益和規?；袌鰬玫奶祭w維。由聚乙烯基作前驅體制成的碳纖維，可降低50%的成本。聚乙烯基碳纖維的優勢在于，以普通商用級聚合物作為原料，使用生物基或回收原料成為可能，且采用熔體紡絲，更高效、更環保。國外研發的聚乙烯基碳纖維原絲，采用熔融紡絲技術。

聚乙烯是一種很有發展前景的前驅體材料，可顯著降低成本，并具備良好的機械性能。但是，聚乙烯基碳纖維實現工業化生產仍然需要克服一些困難，如精制聚乙烯等級、紡絲設備的規?；?、磺化過程的可擴展性等。

▲王志偉

中復碳芯電纜科技有限公司副總經理王志偉介紹了土木用碳纖維復材研發和應用情況。碳纖維復合材料近年來在土木工程領域的應用大放異彩。這種輕質高強的材料不僅耐腐蝕，還具備出色的耐疲勞性能，能為結構帶來免維護的便利，極大提升工程的成本效益，并延長使用壽命。

中復碳芯研發生產的碳纖維復合材料拉擠板材、碳纖維復合芯導線，以及各類特種導線和高端拉擠復合材料制品，廣泛應用于電力輸送、橋梁建設、工程機械等領域。其土木用碳纖維復材產品包括預應力錨桿、平行棒索、絞合索、拉桿索，已經成功用于多項國內重大工程，展現了卓越的性能和廣闊的應用前景。

比如，湖北丹江口水庫特大橋于2023年1月通車。中復碳芯全程參與前期試驗、跟蹤安裝。王志偉介紹，該大橋右側的橋臺是個非常大的混凝土結構。該橋共用了28束碳纖維錨桿，單束的設計載荷為200噸。通過使用碳纖維錨桿，不僅省了大橋的開發量，還節省了8000多立方米的混凝土用量。聊城徒駭河大橋采用碳纖維復合材料索，實現了國產碳纖維在橋梁主索的應用。蘇州嘉盛咖啡館采用了一個大蘑菇型外觀。該咖啡館運用了32根碳纖維復材絞合索，每根的長度為10米，以此把蘑菇型外觀固定在地面上，防止被風傾覆。

▲周培銳

新創碳谷集團有限公司技術研發中心副主任兼研發部長周培銳介紹了碳纖維在風電領域的應用情況。

隨著葉片大型化進入“無人區”和設計的極限化，所面臨的高模量玻璃纖維開發的瓶頸問題日益突出。葉片長度和重量隨風機的大型化而增加，對原材料比剛度要求提升，使玻璃纖維已難以滿足葉片的設計需求。碳纖維材料因其優異的性能正在被大量應用于風電葉片，尤其是海上大風機葉型。目前，海上120米以上葉型基本全部采用碳纖維拉擠板材作主梁。

根據《2023年全球碳纖維復合材料市場報告》的統計數據，2020-2023年，碳纖維在風電行業的滲透率分別為3%、6%、7%、25%；2024、2025年，其滲透率預計為25%、40%,相對應的對碳纖維的需求量分別為1.96萬噸、3.7萬噸。

碳纖維風電葉片的應用發展趨勢包括單向預浸料、單向織物、單向碳?；炀幙椢铮约袄瓟D板材。新創碳谷集團目前形成了“材料體系+ 復材體系+裝備體系”一體化發展模式。2019年，集團開始研發碳纖維拉擠板材，2020年開始批產供貨，目前已穩定供貨1200余萬米。不過，周培銳指出，整體來看，當前碳纖維拉擠板材的壓拉比偏低，下一步需要更好地解決這一問題。

新創碳谷集團還在國際上較早開發風電領域應用的碳纖維導流織物。周培銳介紹，不同風電葉片廠家對碳纖維導流織物的要求各不相同，包含純碳、碳?；旌蟽煞N材料組合。目前，集團已經實現穩定批量銷售的不同編織方式和規格織物共10余種，其中3K纖維的年需求量達400噸。

新創碳谷集團還進行碳纖維及其復材生產制造工藝裝備的技術創新，比如，研發生產出碳纖維碳化設備、多軸向經編裝備、可變門幅碳纖經編裝備等，能夠提供“一站式”碳纖維生產線解決方案。

▲牟紹偉

泰和新材集團股份有限公司芳綸技術開發部經理助理牟紹偉介紹了芳綸的應用情況及發展趨勢。

芳綸分為間位芳綸和對位芳綸。全球間位芳綸的年產能為56100噸，其中泰和新材的間位芳綸年產能為17000噸，占比為30.30%，居全球第二位。全球對位芳綸的年產能為102800噸，其中泰和新材的對位芳綸年產能為16000噸。

間位芳綸主要應用于工業過濾（如除塵布袋、電廠除塵）、安全防護（如消防服、石油石化系統工作服等）、芳綸紙（電氣絕緣、軌道交通等）領域。對位芳綸主要應用于安全防護（如防護服裝、防割手套等）、摩擦密封（如剎車片、 密封墊片等）、橡膠增強（如浸膠簾子布、防割輪胎等）、光纖光纜領域。

芳綸行業的發展將呈現以下幾種趨勢。一是產業集成化。企業要做強、做大芳綸產業及其上下游產業鏈，進行產業鏈布局，推進工程一體化，打造具有更強競爭力的芳綸產業。

二是規模化、低成本化。規?；?、低成本化將是國內芳綸產業發展的主要趨勢，低成本將是拓寬芳綸應用領域的重要支撐，將加快芳綸產業的發展速度。

牟紹偉介紹，為了提高芳綸長絲生產效率，泰和新材開發了全國首套用于間位芳綸制備的干噴濕紡生產線。該生產線具備工藝開發和連續生產能力，目前，公司間位芳綸長絲的年產能為200噸，生產能力提升5-6倍，大幅度降低了間位芳綸長絲的生產成本。

三是高性能化、功能化。高性能芳綸在國內仍存在巨大的市場空間，未來，高性能化將是國內芳綸產業的主要發展趨勢。行業和企業要開發高強高模芳綸，開發差別化、功能化產品，提高芳綸產品的附加值。

牟紹偉介紹，泰和新材開發了氣凝膠芳綸、易染芳綸、預活化芳綸等多種功能性產品。其中，預活化芳綸具有高強高模、耐高溫性能，與橡膠的粘合力顯著提高，能廣泛應用于橡膠輸送帶、車用輪胎等領域。

四是綠色生態、可持續發展，比如企業開發生物基芳綸、再生芳綸、超臨界染色芳綸等。