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我国碳纤维技术研究曾停滞了十多年

来源:汇桔网   2014-10-09 16:12:26   点击:

导读: 汇桔网采访碳纤维行业专家陈水挟教授, 陈教授就我国碳纤维历史研究状况、应用领域、产业化瓶颈、未来国家政策扶持建议等阐述了自己的观点。

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陈水挟:现任中山大学化学与化学工程学院高分子学科教授、博士生导师;广东省材料研究学会常委、副秘书长,广东省材料研究学会能源与环境材料专业委员会副主任,中国材料研究学会环境材料分会委员。主要从事活性碳纤维等功能纤维材料的研究工作。

对话主持:王斌

碳纤维的研究我们最早是和国外同步

汇桔网:活性碳纤维和市面上的碳纤维原料采用的原丝是相同的吗?

陈:应该这么讲,从大的方面来讲,活性碳纤维和碳纤维的基本制备流程是类似的,但是两种材料是追求两种不同的目的,活性碳纤维追求功能化,所谓活性就是跟活性炭类似,主要是吸附的功能;而碳纤维呢,主要是追求力学性能,高强度、高模量。

应该这么讲,活性碳纤维是做不了碳纤维的,就拿来功能化、活化一下,做活性碳纤维。两者的苛刻和严苛程度是不一样的,目前国内做活性碳纤维的原料比较宽,只要是有机的、有机的纤维材料,不管是合成的、天然的、人工的,都可以做,但碳纤维原丝的原料就要求苛刻地多。

汇桔网:我们国内碳纤维没法过关,主要原因是?

陈:原丝没法过关。

汇桔网:现在很多企业说他们每年能生产千吨以上,但市面上好像真的能供应千吨的企业好像很少?

陈:它是这样,以前很少人做过预算。其实一个企业要盈利,必须(要做到)2000吨。

汇桔网:如果按这个条件来算,我们国内企业没有(多少赚钱的)……

陈:前期肯定都在投入。

汇桔网:所以这个投入还很大?

陈:很大。有几个制约它的:

1.原丝,原丝一天没法解决,碳纤维的质量没法上去。这就是一个成本制约。

2. 设备。高端的设备你得进口啊,进口的成本就高很多了,第二个你有钱还要进口得到,好多国内碳纤维的设备都是定期向出口商汇报,或者说受到监控。碳纤维这个东西像雕象牙一样要精雕细作,国内的工艺过不了关啊,比如说在电机,碳纤维生产线非常长(从头到尾),丝慢慢走过来,原丝出来后先预氧化,比如我们讲丙烯腈的碳纤维吧,先预氧化,形成稳定化的结构,如果说在预氧化的阶段,氧气的量控制得不好,或者温度梯度控制得不好,那就预氧化不均匀了,将来它就是一个薄弱环节,性能差别在这里,“木桶效应”。

所以从头到尾要经过几个(流程):

1.预氧化;2. 碳化;3. 做高模的话,还有个石墨化。这都是一个漫长的过程,光电机走得不均匀,对丝的影响就非常大。原来能做T700的,因为这样的原因就变成T300,价格差别很大。

汇桔网:国内现在主要供应的产品是哪种?能达到T700吗?

陈:T700我自己没有做过,但根据国内的报道,比如说吉碳,听说它已经攻克了T700的规模化生产了;我相信T300我们国内应该可以规模化生产了。

汇桔网:那等于说现在我们T300是稳定了,国家许多T700级(碳纤维)课题、项目也已经验收通过了?

陈:要工业化铺开还是要走一个过程,比如说要长期稳定地生产,那么要经过一定时间的考察和运行。

汇桔网:更高级的碳纤维我们暂时还做不出来?

陈:更高的我自己觉得有信心。因为原来是怎么回事呢,碳纤维如果国家早就这么支持下来,也许我们能跟国际上同步,(现在的落后情况)那只是我们到了一定程度之后,突然就给外国的冲击了,我们国家的支持好像停滞了一样。

汇桔网:碳纤维的研究我们最早是和国外同步?

陈:我们同步啊,我们并不比别人落后。

汇桔网:后面是什么原因导致的呢?因为这和国防事业密切相关,国家不应该松懈下来。

陈:我不知道是否能用“倾销”这个词来概括。我觉得当时是国内(单位)要买碳纤维,我自己生产还不如买国外的产品,质量更好、价格更低,所以你没去跟,就下来了,停了起码十几年。

另外一个主要是这样,当时的碳纤维研发是各自为政,碳纤维是一个系统的工程,纺丝的技能要求挺高,我讲的都是丙烯腈类的碳纤维。第二,纺丝的工艺要求很高,聚合涉及高分子学科,纺丝的工艺会涉及到纺丝,可能原来都是纺织的这帮人在做,那后来到碳化和石墨化的过程中,是做碳材料的这帮人在做,而设备的设计又是另外一批人在做,那么如果这些人是一些全才,他既懂高分子、又懂纺丝、又懂碳、那很可能攻克起来会比较好。但是呢,做碳的人未必对高分子很了解,做高分子的人对碳未必很了解,所以彼此之间的衔接我看还是有问题。

国外掌握碳纤维生产的核心专利

汇桔网:目前像金发做的碳纤维产量还是比较小的,就是后期可能还会扩建;那吉炭是比较大的,除了这两个企业,国内这方面还有哪些比较重要的企业?

陈:国内(企业)分布在几个地方。东北一块有几个企业在做;山东威海及山东大学在做;山西那边依托山西煤炭化学研究所煤在做;然后广东金发这方面近期进展也很快,目前主要是分布在这些地方。

汇桔网:我看到目前在上市的公司里边,有威海拓展,还有一个航天旗下的公司,现在已经上市了,他们做碳纤维跟金发比更多一些,他们号称可以做到千吨以上?

陈:这个情况不一样。金发先从改性塑料做起,然后转过来做碳纤维,优势在于聚合物和碳纤维增强材料的配合,我估计金发将来会在碳纤维增强复合材料及其各个领域的应用里头,航天航空、或汽车工业、或别的工业里头发展,它会往这个方向发展。所以它有碳纤维技术,更重要的是有聚合物的技术。你刚刚讲的那两家,它的主要业务就是碳纤维,就你这个业务上市了,这是两回事。

汇桔网:国内在碳纤维专利方面,我看了一下碳纤维专利很多,但真正核心的专利不多?

陈:(你说的多是)碳纤维应用的专利吧。比如说实用新型一类的东西,可能用碳纤维作原材料的器件多吧,碳纤维生产的专利还是给国外卡死了。

汇桔网:生产的专利量非常少的,可能占到总的1/10-1/20。

陈:一方面是知识产权壁垒的问题,我个人认为,当然我这个没有数据支撑;第二个我感觉如果真的在某个诀窍上突破了,恐怕也不会先写出来(申请专利)吧。听说现在要在日本参观原丝的生产车间,要日本的政府部门批准。

汇桔网:国外T800现在对我们不算什么绝密的产品了是吗?

陈:你只管买,你看不出(它的技术诀窍)。它是过程和原料严格封锁,终端产品尽管用。只是高端产品它不愿意大规模地卖给你,他买一斤、半斤的解决不了问题。

碳纤维汽车行业,这是将来碳纤维大量消耗的行业

汇桔网:数据显示,碳纤维用量超过万吨了,但国产的量很少。

陈:对,主要两个领域:一个军工,一个民口。军工肯定稍微高档一点,我们的航天航空各个部门,缺了它不可,大家都很熟知了。第二个是一些低端的应用,主要是民口,现在主要放在体育器材,这两个方面多一点。然后一些光电性器件的制备方面,比如说纺织机械的某些部件的制备,这个用量稍微少一点。但现在发展的另一个行业是碳纤维汽车行业,这是将来碳纤维大量消耗的行业。

汇桔网:汽车行业,本身用的玻纤增强材料已经用得很多了,而且我现在看到很多高端的汽车,它会打出一个牌子来,说它用的是碳纤维,感觉是比较高端的汽车才用得起碳纤维?

陈:主要还是碳纤维本身贵啊,玻纤一顿多少钱?碳纤维一顿多少钱?所以不是高端汽车的话,你就省个百来斤,然后要增加那么多加钱,低端汽车(用碳纤维)不划算啊。

汇桔网:国外T700现在不难买得到?

陈:这个比以前可便宜了,90年代活性碳纤维一公斤1000元,现在好像一百元、还是两百元的样子,这应该不贵啊。

汇桔网:价格是在降。现在我所了解的数据是国内一年的需求10000吨左右,国产的供应到市场不会超过3000吨,但是我们国内大型企业、投资几亿的也有十多家,就这么2000多吨的市场份额,好像有点太拥挤了,这些企业都是怎么生存下来的?

陈:存在有它的合理性。我看几个方面的原因:像手机,现在人均多少部手机我不知道,肯定是有一款功能的开发用的人就多了,现在之所有说一万吨也好四千吨也好,它应用领域可能都集中在高大上的领域,但一旦把它的技术攻克了,那么碳纤维真是具有非常良好的力学性能,那么现在在追求节能环保、轻量化、高性能化等等形势下,它肯定有它的市场潜力。目前集中在汽车、高端的体育用品、航天航空,将来很有可能开发到很多民口的领域去用,所以它有广泛应用的潜力。比如说用纤维增强的复合材料,将来若便宜到跟玻纤相当了,当然不一定现实,它的市场空间释放还是非常大。所以你不用担心这些企业怎么去存活。要担心的是让企业如何提升他们的质量。

我国碳纤维行业出口以制品居多,利润低

汇桔网:我们国内的企业里边,高校的话像东华大学他们,这种碳纤维专利是很多的,如果企业的话,我已经把我们国内企业的专利搜索过一遍了,大企业还是有一些专利,但都很少,如果跟东丽那样的公司相比,那根本不值一提,在这方面有没有存在一些知识产权方面的风险?

陈:你是指哪方面的风险?

汇桔网:像现在很多企业,尤其是跨国企业,它申请了专利之后会收取一些专利许可费这方面的。

陈:肯定存在。我们国家的超高分子量聚乙烯,就是一个非常典型的案例,你自己去搜索看,它也是一种高性能的纤维,好像是霍尼韦尔和帝斯曼,这几家公司的知识产权,我们国内其实能把超高分子量聚乙烯纤维生产出来,生产得还行,但出口时受到知识产权壁垒的限制。现在我们国内碳纤维的生产,是不是已经突破了国外的专利,会不会踩到他们的红线,我自己没有调查过,但这个风险肯定有。

汇桔网:这方面如果国内的企业想去做改善的话,怎么样做会好一些?因为毕竟人家的专利已经在那了(包括技术),我们国内的企业怎样去发展壮大?

陈:但国外的好多(技术)还是没有公开的。

汇桔网它不公开也就没有专利保护。

陈:对,它一天没公开,我们自己一天就只能自己生产出来。其实要出口有风险而已,不出口国内消化(还是可以的)。

汇桔网我们国内的碳纤维从出口量来说,我们的出口是大于进口的!

陈:我们(主要是)碳纤维制品出口,而不是碳纤维原料出口。我们进口了大量的碳纤维半成品,进来之后加工成器件,比如说三脚架什么的,然后加点石墨、加点低层次的碳纤维下去,然后出口出去,这个量好像多了一点了,可能跟海关政策有关。

汇桔网:就是说赚的是低利润的钱,高附加值的那一块没赚到?

陈:是。

国家对碳纤维行业扶持的重点应该放在推动高性能碳纤维的研发上

汇桔网:您是最早从90年代就开始做活性碳纤维了,现在还有做这方面的研究吗?

陈:有啊,一直在做。

汇桔网:每年还有在带学生做这方面的研究是吧?

陈:对啊,每年还有三分之一的学生还在做碳。

汇桔网:在咱们广东省,中大在这方面,专利方面还是断断续续一直有,华工很少,其他学校好像没有这方面的研究了。

陈:应该这么讲,中大确实做碳纤维,主要是曾汉民教授,70-90年代做碳纤维的制备、形态结构、增强复合材料,做得非常多。

汇桔网:中大的这方面技术有没有被哪个企业实施出来?

陈:当时曾老师曾跟不少企业合作,做了一些器件,像纺织机械的精细器件、赛艇器件方面的器件。

汇桔网:曾老师现在还在国内吗?

陈:在国内。

汇桔网:哦,曾老师算我国最早的一批碳纤维的研究者了。

陈:算元老,他是第一届863首席科学家。

汇桔网:我们国内对碳纤维的政策方面还是属于扶持政策?

陈:对啊,最近这些年在大力扶持,你看973专项给了多少个,863也支持了不少。

汇桔网:我看到前几个月,中石化的863计划也是投入蛮大,在上海。接下来碳纤维的扶持政策还会持续很久吗?

陈:我建议国家应该支持。

汇桔网:这个扶持政策其实也有利有弊的,不是说你扶持的越大越好,你可能扶持到产能过剩了。

陈:目前还不至于。我们应该是扶持完之后,把这个用在刀刃上,不是把钱瓜分掉之后浪费掉了。因为碳纤维工业跟我们的一些高性能材料的发展真是密切相关,目前我们还真是迫切需要这一类材料,所以目前你还不需要担心会像普通的纺织纤维一样产能过剩。问题是这些钱投进入之后能不能用在刀刃上,能不能促进我国碳纤维行业的发展。因为现在这些钱是在推动高性能碳纤维的研发,而不是在促进碳纤维行业、或者低端行业产能的扩充。

国内T700碳纤维产业化的最大瓶颈在于原丝的质量

汇桔网:我看到的几个863项目都是T700或者以上等级碳纤维的,应该说在政策支持方面,会倾向于更高级别的碳纤维,可能T300或T700以下的是否政府慢慢不会再支持了?

陈:我们是这么希望,一个方面是现在主流已经到了T700或更高了,再去提T300是否先进性不够高了,政府再支持这样的项目可能说不过去了。而T700现在还是一些主流的应用,所以大家都往这个方向去提。目前为止在中国,据我的了解,要实现它大规模、稳定化的生产,其实还有很多问题没有解决,最大的问题是原丝。

汇桔网:原丝以前总说预氧化,碳化,说这些技术设备难解决,那现在大家意见更统一的偏向于原丝制造,说这个是最难的。只要原丝有缺陷,后边的缺陷会一直留着(积存下来了)。可不可以理解成至少现在预氧化设备、碳化设备这方面,我们国内是取得了一些成绩,或者这方面有一定技术?

陈:应该比以前进步了。

汇桔网:就是说离自己研发出来设备还是有一段距离吧?很多企业说自主研发……

陈:自主研发的配套设备,核心设备恐怕还是要进口的。

汇桔网:之前也有去调查碳纤维生产企业,即使是原装进口一整套设备过来,都不一定运转得好。不仅仅是技术的问题,原料,人员都有一些因素所在。

陈:我没有调查过,但据我去一些生产线上参观过,人的参与程度不高。

汇桔网:那就是更多的是设备的自动化生产。那如果这方面还有问题,那就是再往前的,原丝方面的问题了。您以前做实验用的更多的是丙烯腈基的,还是也用过其他的?

陈:都做。碳纤维和活性碳纤维两回事,我们做过丙烯腈的、聚乙烯醇的、黏胶的、天然剑麻的等等很多纤维,酚醛的、沥青的。

汇桔网:沥青的纤维在国内是不是以研发居多?

陈:也有啊,北化工原来沈教授的高模量沥青基碳纤维也有啊。

汇桔网:活性碳纤维在国内用量大不大?

陈:现在很大。一年用多少我没有准确的数字,因为现在特别是一些包装印刷、家私制造、,好多行业都用到有机溶剂。有机废气的治理和溶剂的回收都要用到活性炭纤维,用量很大。

 

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