碳纖維長遠發展仍有空間

    金融危機下，國內碳纖維生產商還有發展空間嗎？答案是肯定的。雖然當前經濟發展面臨重重危機，但碳纖維的需求仍在升溫。除了傳統的航空航天領域外，汽車、風力渦輪葉片及壓力容器等碳纖維新市場正在興起。據相關部門預測，碳纖維需求每年將以大約13％的速度飛速增長，預期2009年聚丙烯腈(PAN)基碳纖維需求量將達5萬噸，到2012年將達6萬噸，到2018年需求量將達到10萬噸。7大碳纖維制造商――東麗、東邦、三菱麗陽、SGL、Hexcel、Cytec和Zoltek，已宣布計劃在未來3～5年擴產78%，總投資額為87970萬歐元(13億美元)。短期看來碳纖維會供不應求，但到2012年供應可能會超過需求。國際碳纖維市場發展迅速，需求量不斷增長給我國碳纖維行業，提供了難得進一步發展的機遇。但我國碳纖維行業基礎薄弱，產業發展需要技術、人才和資金的持續投入，而且其應用領域對產品品質的要求非常嚴格?？陀^地說生產企業應量力而行，整個行業也應發出明確的信息、引導企業正確投資，使我國碳纖維產業快速健康地發展。 
    ――日本生產商產能不斷擴大
    瀝青基碳纖維在產業領域的需求也在增長，特別是在環境相關產業的開展引人注目，其市場規模約3000噸，預計到2012年將擴大到4000噸。瀝青基碳纖維根據瀝青的結晶狀態，可分類為等方性和中間相兩種，等方性耐熱性和耐藥品性、滑動性優異，中間相具有高強度、高模量等機械特性。除了大型的半導體晶片和太陽發電系統用硅基板制造爐用的需求急速增長以外，在PAN基碳纖維和CFRP的燒成爐，也作為必不可少的絕熱材料使用。日本東麗工業有限公司、帝人股份有限公司，和三菱有限公司計劃聯手，大規模生產循環碳纖維，以促進高強輕質材料的回收利用。這3家企業共同掌握著碳纖維70%的市場份額。日本《化學經濟》2008年3月臨時增刊報道，碳纖維生產廠家相繼增設生產能力。以PAN(聚丙烯腈)基碳纖維為例，除大的東麗將在日、美、法3個基地增加生產線外，東邦特納克斯也在日本和德國建設新的生產線。另外吳羽和日本石墨纖維這兩家以煤炭瀝青，和石油瀝青為原料的瀝青基碳纖維生產企業，也在2009年擴大產能。碳纖維企業正以能源問題和環境問題為契機，努力擴大市場需求。
    碳纖維與金屬相比，具有強度和模量、耐熱性、導電性、耐磨性等優異特性，在體育休閑、一般產業、航空宇宙等領域廣泛使用。PAN基碳纖維的需求估計約3萬噸，以每年13%的速度，預期到2010年將增加到近5萬噸。對于這種需求擴大，日本生產廠家從去年就提出了擴大產能計劃。[-page-] 東麗2008年年初在日本本土提高了生產能力，并在2008年年底之前增強了在歐美的子公司的產能。另外東麗計劃于2009年7月，設置加工性優異的特殊織物級的專用設備(1000噸/年)，這次擴大產能的投資額約710億日元，其目的是為了應對今后航空機和產業用的需求增加，使集團的生產能力在2010年年末前擴大到2.5萬噸/年，將其市場占有率由現在的34％提高到38％。帝人集團的東邦特納克斯投資107億日元，于2008年4月在日本本土的產能增加約6成，在德國的子公司TTE也將于2009年8月擴大產能，其目標是強化收益能力。在碳纖維成形隔熱材料領域市場占有率達50％的吳羽公司宣布，在2012年以前分階段增加在的隔熱材料設備，達產后將比現在產能擴大3倍左右，并將銷售額增加1倍，約達到120億日元。 
    ――碳纖維主要應用領域仍有發展
    近幾年尤其在亞洲和歐洲，飛機乘客數量的增加促進了新飛機的需求增長?！犊湛褪袌鲱A測》估計，2006～2025年間，飛機運營商將需要22700架客機和貨機。這些OEM正引領著結構性復合材料用量的巨大增長，其中包括碳纖維，其新的應用就是B787和A380飛機。航空航天領域是碳纖維的傳統市場，根據第2大碳纖維生產商――日本東邦公司的預測，航空器中碳纖維復合材料的使用量，未來幾年將以年均12％的速度繼續增長，估計將從2007年的6820噸，增加至2010年是的10000噸以上，2012年可達13000噸。截至2007年12月空客A380收到了189個訂單。A380為大型噴氣式客機，其結構(包括主要結構)使用了22%的碳纖維復合材料。截至2008年1月中旬，波音公司宣布B787訂單達到857架。B787中碳纖維/環氧預浸料的唯一供應商是東京的東麗公司(Toray)，2家公司已經就Torayca預浸料簽訂了長達18年的供應合同，一直到2021年。據報道787主要結構的合同價值，高達20.3億歐元(30億美元)。新型超大型客機――空中客車A380和波音787，均大量使用環氧樹脂浸漬碳纖維，或碳纖維增強塑料(CFRP)作為主要的結構材料?？罩锌蛙嘇380已在2007年10月投入商業服務，波音787計劃在2009年進入商業運營。
    碳纖維復合材料約占A380飛機35噸結構材料中的20％以上，包括翼盒、機尾組件以及壓艙壁；波音787中結構材料有近50%需要使用碳纖維復合材料和玻璃纖維增強塑料，包括主機翼和機身。金屬結構材料采用碳纖維復合材料后不僅可以減輕機身質量，而且還可以保證不損失強度或剛度，大大提高了燃油經濟性。新一代的客機將使用更高比例的碳纖維復合材料?？罩锌蛙嚬救涨靶?，碳纖維復合材料將在新一代噴氣式客機A350XWB中用于主機翼和機身材料。碳纖維在中小型噴氣客機中的需求也將快速增長。例如三菱重工計劃利用碳纖維復合材料，制作新一代支線噴氣客機MRJ主機翼和尾部組件，該機型預計在2013年進入市場。歐洲空中客車公司授予赫氏復材其遠程寬體客機A350XWB主結構件的長期供應合同，此合同要求赫氏復材供應碳纖維復合材料直至2025年。隨著A350XWB設計告一段落，在未來的幾個月里，赫氏復材和空客公司將共同對用于主結構件的赫氏復材產品進行確認，并完成終的規范和認證。此合同預計將給赫氏復材帶來40～50億美元的收入。[-page-] 
    另外除用于主結構件外，赫氏復材的復合材料還將用于，A350的次結構件和內裝飾部件，產品包括織物、樹脂、預浸料、膠膜、蜂窩、HexMC模壓件等，這些與A350相關的材料，也將為赫氏復材帶來相當可觀的收入。根據該合同赫氏復材將主要提供，用新一代高韌性環氧樹脂浸漬HexTow茁中模量碳纖維的HexPly茁預浸料。赫氏復材為擴大產能將明顯增加投資，以滿足日益增長的A350的訂單。確切的投資規模和時間將按照空客公司與其它供應商的預測進行。復合材料及其部件將由赫氏復材，在美國、法國、西班牙、德國及英國的工廠生產。風能發電成本低廉，已成為人類開發新能源的重要領域。預計未來5年風能發電的市場需求將以每年1%～20%的速度增長。近年來雖然風力發電產業發展很快，但風力發電裝備的關鍵部件(葉片)，多使用玻璃纖維增強材料(GFRP)制造，難于滿足葉片尺寸加大對剛性的要求。CFRP材料在葉片上的應用，無疑將促進風能發電產業的發展。就風能系統而言丹麥風機生產商維斯塔斯(Vestas)預測，到2020年的電力消耗量中，風電的份額高將達到10%。該公司在風機葉片的載荷加強桿中使用碳纖維，目前為止已經安裝了將近3.4萬套的風機系統。西班牙Gamesa公司宣稱，去年1月在已收到超過8000MW的風力發電機訂單，其中3000MW已經安裝完畢。
    風電應用將推動大絲束(24K)碳纖維產量的增長。對清潔能源的需求還將促進終端產品制造商的持續投資。碳纖維在風機葉片中的應用到2010年，將成為繼航空航天后的第2大應用。歐洲和亞洲在這一領域遠遠于美國。風機裝機容量的增長速度正在加快，高碳纖維含量的長葉片制成的大容量風機將成為主要趨勢。2008年新的風機裝機容量大約為19000MW。如果風機的平均容量為2.5MW，那么就需要安裝7600臺風機，葉片數量預計為22800片。碳纖維在汽車行業需求前景也較為樂觀。碳纖維復合材料傳動軸、尾翼和引擎蓋已經在汽車行業廣泛應用，雖然現在主要是用在豪華車型，但預計未來將在大眾車型中推廣。日產汽車、本田汽車和東麗公司，將聯手開發汽車車體用的新型碳纖維材料。合作企業還包括三菱麗陽和東洋紡織，目標在2010年代中期以前開始量產，使車體較使用鋼材者輕40%。日本政府亦支持該項計劃,希望在開發環保車輛的趨勢中取得地位。日本經濟產業省計劃未來五年投資這項計劃20億日圓(1850萬美元)。目前碳纖維價格仍高、但隨著鋼價持續上揚，將可縮小兩者間的差距。而采用碳纖維材質將可改善車輛的燃料效能，并使二氧化碳排放減少30%。
    ――企業重視環境友好型循環碳纖維[-page-] 
    碳纖維制品多用于特殊領域，其使用壽命和更新周期均有嚴格要求，大量廢棄的碳纖維產品急待處理。據日本三菱人造絲公司估計，目前廢棄的CFRP大約為1萬噸，2010年可達2萬噸。隨著CF生產能力的擴大及增強材料的大量使用，環境友好要求企業重視CF的回收利用。發達已開始了這項工作：德國Thuringian(TITK)研究所開發的新工藝，不采用撕切處理就能從廢棄CF紡織品中獲取長度≥20mm，一般長度為30mm～70mm的碳纖維；西班牙INASMET運輸安全機構經過兩年的研究試驗，采用化學和熱解處理技術開發了CF-環氧樹脂復合材料回收再利用的新途徑，其回收產品可用于一般的CFRP。日本東麗公司、帝人公司(日本東京)，和三菱麗陽公司計劃聯手大規模生產循環碳纖維，以促進高強輕質材料的回收利用。這3家企業共同掌握著碳纖維70%的市場份額，他們計劃在2009年建立一個合資企業，從飛機和其他設備中回收和循環利用使用過的碳纖維。新公司的資金總額和所有權比率尚未確定，他們還計劃邀請其他碳纖維制造商，如三菱塑料公司和吳羽公司來參與合作。該合資公司的風險是將回收工作外包給三井礦業公司福岡轄區的工廠。測試操作于4月開始，大約在今年秋天將標本運到這3家公司。
    循環碳纖維的年產量將從開始的幾百噸，增加到目前大產量1000噸。東麗和其他公司將從合資公司購買碳纖維，然后將其與塑料混合，制造成每千克約2000日元材料，該價比同強度不可回收材料低30%。汽車制造者將碳纖維視為輕質汽車材料，在東麗及一些其他公司的帶動下，將進一步鼓勵采用循環碳纖維，提高材料及零件可回收成分。關于碳纖維在汽車上的應用，先在汽車車身、底盤的應用，由于碳纖維增強材料有足夠強度和剛度，其適于制造汽車車身、底盤等主要結構件的輕材料，可使汽車車身、底盤減重40～60％，相當于鋼結構重量1/3～1/6；在制動摩擦片上的應用，碳纖維還因其環保、耐磨特點，而應用在制動摩擦片上，但含有碳纖維復合材料都格外貴，所以目前主要應用高檔轎車；在座椅加熱墊上的應用，碳纖維汽車座椅加熱墊是一個突破，在汽車配套市場變得越來越受歡迎，將會完全替代傳統的座椅加熱系統；在輪轂上的應用，德國輪轂制造專家WHEEL SANDMORE，推出的“Megalight-Forged-Series”輪轂系列，采取2片式設計，外環為碳纖維材質打造、內轂為輕量化的合金，搭配不銹鋼制的螺絲，較一般同尺碼減輕重量40％左右；在燃料貯罐上的應用，采用CFRP在滿足要求的條件下，可以實現壓力容器的輕量化。