碳纤维国内外发展历程简述

碳纤维国外发展历程

从19世纪60年代英国化学家、物理学家约瑟夫·威尔森·斯万爵士以碳纤维为发光体做半真空电灯开始，直到具有优异的力学性能、弹性模量的聚丙烯腈纤维的发明，历经近百年才让碳纤维真正走上商业应用、高性能纤维的舞台。到目前为止，聚丙烯腈基碳纤维仍然占据碳纤维市场90%的份额。自聚丙烯腈纤维发明以后，经过许多研究者、公司、企业对碳纤维的不断研究以及性能的提升，最终在 20 世纪 60、70年代，高性能碳纤维开始商业化生产。

碳纤维进入高速发展阶段以后，在很长的一段时间，因其高超的性能以及昂贵的价格，“黑色黄金”碳纤维仍然主要应用在“奢侈行业”———军用市场和高端体育用品市场，普及程度极差。碳纤维的发展愿景以及高性能应用的预期势让投入碳纤维产业十几年的企业们打开思路，一方面加强碳纤维性能提升增加需求，另一方面降低成本扩大市场应用。降成本的方案分为两类，一是产品改善，生产大丝束碳纤维，降低生产过程对设备成本和工艺的难度。二是提高生产速度，采用干喷湿纺，降本增效，性能提高。工业级大丝束的应用经过发展主要应用在汽车、风电叶片、光伏产业晶硅熔炼炉、储氢瓶等。

目前，德国 Chemnitz 纺织研究所正在对碳纤维的减震性能和静态力学进行结合，开发主体为碳纤维、增强材料为其他纤维的混合非织造布的研究，以改善电动汽车电机的外壳。德国 Dralon公司和美国 4M 公司合作研发出纺织级的大直径碳纤维的低成本聚丙烯腈基前驱体，比传统的小直径前驱体氧化速度快，同时以此来制备的碳纤维在性能要求上与工业级碳纤维一致。目前帝人集团已经开始进行回收碳纤维生产方向的研究，并对开展碳纤维碳足迹的计算进行评估等。

碳纤维国内发展历程

国内对碳纤维的研究起步不比国外的晚，70年代初就已经开始组建研究团队，但是质量比国外差、成本又高，只能部分应用于军工领域。80年代中后期开始的很长一段时间，以美国为首的碳纤维企业，对军用、航天、高端市场的碳纤维生产技术进行严格的技术封锁，导致我国没有且无法掌握对碳纤维的核心技术，一些昂贵的进口设备变成废铜烂铁，大大挫伤了国家对碳纤维的研发及投入的信心。

直到进入 21 世纪，在师昌绪先生的带领和重视下，国内才开始重视对碳纤维的再次研究、攻关。从威海光威，到中复神鹰，到恒神，到吉林碳谷，从国防到民用，从情怀到效益，我国的碳纤维发展也开始朝着高强高模低成本的方向快速发展。截止 2021 年，我国在军用领域已基本实现碳纤维的国产化。

21世纪后 ，国内碳纤维的研究及应用飞速发展。由于近年来我国对军机的需求、以北斗导航系统为首的航天技术的发展、民用航空的快速发展以及风电叶片的大量需求等，让国家对碳纤维全产业链的投入加大。2021 年江苏恒神产值产量双提升，实现恒神创建以来首次盈利，也迎来了国产纤维首次全行业盈利；2022年2月份，世界首创由碳纤维材料制备的北京冬季奥运会火炬外壳亮相。同时各碳纤维企业正在加大发展力度：2021年9月中国建材西宁万吨碳纤维基地投产；10 月吉林化纤年产600吨的高性能碳纤维首条碳化线试车成功；2022 年 1 月上海石化的1.2万吨/年的48 K大丝束碳纤维生产设备到场；2022年3月新疆隆炬新材料5万吨/年的高性能碳纤维项目复工，2023年4月新疆隆炬48K大丝束碳纤维生产线试车成功；2023年4月，中复神鹰连云港3万吨碳纤维项目正式开工，5月西宁2.5万吨项目全面投产，预计2023年末中复神鹰年产能将达到2.85万吨/年。

作为双碳政策的基础性材料产业，又是光伏、风电、汽车等交通工具轻量化的重要支撑材料，未来我们还需加强碳纤维及其复合材料的规划及战略规划，抓住窗口期，持续提升国内碳纤维的研究及技术，实现全行业的飞跃，引领国产碳纤维再上新台阶。