如何降低成本

碳纖維復合材料沒有得到市場的廣泛認可，歸根到底還是整體成本的問題，如何有效降低整個過程中的材料成本、生產成本及維修成本是取得市場認可的王道，這是小目標，也是大目標。

在小編看來，如何降低整體成本應從以下幾部分著手：

1原材料。主要是原絲，原材料占據整體成本的50% 左右，目前有效的解決方法是發展大絲束碳纖維和新型碳纖維，今天小編會重點聊一聊這部分。

2 加工方法和成型工藝。目前好的解決途徑是發展高效率的加工方法，如以超聲震動輔助加工，采用高質量的刀具（點擊藍字，再次了解加工方法）；高效率的成型工藝，如RTM、RFI、VARTM、低溫固化、非熱壓罐工藝等，更多時候是多種工藝聯合使用（點擊藍字，再次了解成型工藝）。

3 采用自動化設備。如自動鋪絲機、鋪帶機、機器人加工等，主要是提高工效，將生產一體化，降低廢品率。

4 采用仿真模擬軟件等提高設計技術，減少裝配實現整體化，如采用共固化和共膠接減少零件數和裝配時間。

5 通過表面處理，提高制件表面的性能。如耐刮擦等，從而降低維修成本，提高制品出勤率（這一點暫時不做重點考慮）。

今天小編就從原材料著手，跟大家聊一聊不一樣的碳纖維。

大絲束碳纖維

低成本大絲束碳纖維的應用是發展低成本復合材料技術研究的重要內容。據相關數據顯示，在小絲束碳纖維市場上，日本企業所占有的市場份額占到全球產能的49%；在大絲束碳纖維市場上，日本企業所擁有市場份額占到全球產能的52%，美國企業所擁有的市場份額占全球產能的24%，日美兩國合計擁有全球76%的大絲束碳纖維生產能力，處于明顯的主導地位。

一般48K以上的碳纖維才稱為大絲束碳纖維，主要應用在工業領域，如汽車、軌道交通、風電葉片、能源建筑和體育用品等，預計未來幾年需求增速每年將超過16%以上。到2020年，全球需求預計將達到15萬噸以上，中國將達到7.7萬噸以上。

卓爾泰克大絲束碳纖維

★典型特點

相對于小絲束碳纖維，大絲束碳纖維有很多特點：

（1）碳纖維的原絲采用民用聚丙烯腈絲

制備碳纖維的關鍵是碳纖維原絲，原絲性能的好壞關系到制備的碳纖維性能的好壞。日本東麗、東邦公司以及美國的海克賽爾公司不但不轉讓制備小絲束碳纖維原絲的技術，也都不出售其產品。而制備大絲束碳纖維的原絲屬于民用聚丙烯腈絲（即腈綸絲）范疇，可以在國外商品市場自由購買，不受任何限制。制備小絲束碳纖維的原絲價格是民用聚丙烯腈原絲價格的4倍。

（2）低價格、高性能

民用聚丙烯腈原絲是制備大絲束碳纖維的原絲，通常原絲價格約為制備碳纖維成本的 60%左右，因此，大絲束碳纖維的售價可以控制到小絲束碳纖維的50%-60%左右。市場上的一些大絲束碳纖維主要性能已經接近甚至超過了部分小絲束碳纖維。以下是美國卓爾泰克公司（已被收購）的大絲束碳纖維PAN-EX35的拉伸強度和拉伸模量，參數上都超過日本東麗公司小絲束T300，而它的價格相對較低。

表1 PANEX35 大絲束與小絲束 T300 性能比較

★主要問題

大絲束碳纖維應用存在很多技術問題，主要是展紗的工藝和效果。相對于小絲束而言，大絲束纖維聚積，展紗效果不好，紗片難以均勻浸潤，紗片厚度和質量很難達到產品結構設計的要求; 在展紗過程中經常出現紗毛，導致亂紗和斷紗，影響生產效率和產品外觀，材料性能得不到有效轉換，產品性能不穩定。

★解決思路

可從兩方面入手：

一是改進展紗浸潤設備，使大絲束碳纖維本身充分展開，利于浸潤和成型;

二是從浸漬樹脂體系上進行研究，改善體系粘度和大絲束碳纖維相容性，使大絲束碳纖維得到更好的浸潤。

國外情況：在大絲束碳纖維纏繞應用方面，美國卓爾泰克公司所屬的Entec公司對現有纏繞機展紗浸潤過程進行了系統的研究，用最低成本解決方案使現有纏繞機能夠很好的使用低成本大絲束碳纖維，消除了顧客的顧慮。該團隊從纏繞機的纖維紗架、浸前展紗、浸潤膠槽和繞絲頭等幾個部分系統進行了研究和測試。

國內情況：國內外針對大絲束碳纖維產業化應用的預浸設備和纏繞設備進行了設計和改造，目前研究大絲束碳纖維展開的主要方法有機械法和聲波法。

天津海天長豐科技開發有限公司發明的大絲束碳纖維薄層化處理裝置利用花軸帶動大絲束作上下交替振動將移動的大絲束薄層化。

常州市潤源經編機械有限公司發明的結構簡單、成本低廉的大絲束碳纖維擴展裝置，利用相切設置的加熱輥筒拓展大絲束碳纖維。拓展後的碳纖維制成的制品厚度小、纖維利用率高，使碳纖維的優良性能得到了充分發揮。

上海晉飛日精復合材料有限公司發明了低成本高性能大絲束碳纖維展開裝置。利用超聲波擴纖法對大絲束碳纖維在預展紗裝置和主展紗裝置上2次展紗，能有效將大絲束纖維展開。

藍星( 北京) 化工機械有限公司發明超聲波膠槽、大絲束碳纖維制造復合芯線的設備及方法。通過調整膠槽外的超聲波的強度和作用時間使大絲束碳纖維物理開纖，達到理想的浸潤效果。

★國內里程碑

2016年10月12日吉林化纖集團1.2萬噸大絲束碳纖維項目開工，致力打造“中國碳谷”。吉林化纖集團公司立足發展“低成本、大絲束、工業級”碳纖維產業，與浙江精功集團有限公司、紹興眾富控股有限公司共同出資組建公司并合作建設的項目，也是吉林省政府與中國建材集團公司成功簽訂戰略合作框架協議後，正式動工建設的第一個項目。項目規劃用地12.5萬平方米，總投資18億元，擬建6條2000噸/年大絲束碳纖維生產線，最終形成年產1.2萬噸大絲束碳纖維的生產規模。項目建成投產後，年均可實現銷售收入13億元，實現利潤1.98億元，上繳稅金1.45億元。此次開工建設的為一期2000噸/年大絲束碳纖維生產線，計劃于2017年10月1日建成投產，後期我們還會持續關注。

目前我國大絲束碳纖維仍然是空白，全部依靠進口，大絲束碳纖維成為未來碳纖維發展的主流方向。吉林省政府與中國建材集團公司成功簽訂了戰略合作框架協議，全力推動吉林省1500噸T800級小絲束碳絲示范線、4萬噸工業級大絲束碳纖維原絲、2萬噸碳絲等生產線建設，力爭到2025年，吉林省碳纖維產業實現20萬噸原絲、10萬噸碳絲的生產能力，促進吉林省碳纖維產業發展。　　

吉林化纖集團公司擁有國內最大的碳纖維原絲生產線，可生產1K、3K、6K、12K、24K、48K等聚丙烯腈基碳纖維原絲、碳絲及其相關制品，產品等級穩定在 T400 級水平以上，碳纖維原絲年產能達到8000噸，現正在擴建碳纖維原絲生產線，建成後碳纖維原絲產能將突破10000噸。

建設1.2萬噸／年大絲束碳纖維項目依托吉林化纖集團公司碳纖維原絲的質量、成本優勢及碳纖維產業聯盟技術優勢進行建設，有利于突破大絲束碳纖維產業化生產瓶頸，填補我國大絲束碳纖維的空白，降低碳纖維應用成本，拓寬其應用領域，推動我國紡織工業加快結構調整與轉型升級。

1.2萬噸大絲束碳纖維項目開工

國內外大絲束碳纖維生產企業（部分）

國外

1 德國SGL公司

2 美國ZOLTEK公司（已被日本東麗公司收購）

3 美國AKZO公司

4 美國Aldila公司

5 英國Courtaulds 公司

6 日本三菱麗陽

7 美國氰特（Cytec）公司

8 德國Dralon GmbH公司

9 印度Kemrock公司

中國

1 臺灣塑膠工業股份有限公司

2 藍星纖維有限公司

3 吉林化纖集團有限責任公司