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碳纖維及復合材料發展分析 zund G3 3XL-1600-Keyboard foil台中切割加工
2022/01/17 22:45:52瀏覽21|回應0|推薦0

    國際碳纖維市場的發展呈現波浪型推進,2000年前后和2008年前后的市場波峰和各級政府的大力推動,使我國大量投資者進入碳纖維領域。從碳纖維發展的短短的40年歷史看,供需信息不對稱或矛盾是造成近20年碳纖維價格波動的主要原因。

 


圖1 碳纖維產能,需求和價格變化表〔1〕

    本一輪的價格高峰從2007年開始,到2009年的突然下滑,使一些碳纖維廠不得不關閉部分生產線,業界認為主要原因是商用飛機的生產延遲。從08年起各主要廠家的擴產計劃重新啟動,日本企業預測碳纖維材料價格將上漲。


圖2. 主要碳纖維產不同年份新產能的增加〔2〕


表1. 主要碳纖維廠產能平均年增長率統計〔2〕

    ZOLTEK公司依據目前迅猛增長的風電葉片和汽車市場,在2010年9月30日的國際碳纖維會發表觀點認為:2010-2013,碳纖維市場需求將以每年30%增長,到2017年,碳纖維的產能將達到40萬噸, 而2010年的產能也就5萬噸。

2.在碳纖維領域的投資現狀-嚴峻挑戰

    據不完全統計,到目前為止國內有32家公司宣布投資碳纖維領域,同時國內還有10家碳纖維專門研究機構。如果按這32家宣布的計劃產能,已經是目前全實際產能數據的兩到三倍。

    這32家公司分別分布在16個省市直轄市,其中已經有實際投入的有28家,目前,已經進行生產的有17家企業;其中,絕大部分實際產能在100噸/年以下。目前絕大部分開工的碳纖維企業的產品是1K,3k,6K,個別有12K,性能在T300左右,品質均勻度還有待提高;T700級別碳纖維還沒有批量生產的,24以上的大絲束也基本沒有批量生產的。
由于市場小絲束需求量有限,不少已經開工的企業正在為碳纖維的銷路發愁。


圖3. 碳纖維投資者省份分布

3. 國際碳纖維利潤與成本

A. 根據2001-2002年的數據,國際主要碳纖維廠利潤情況(平均行業利潤率15.7%)

B. 碳纖維的成本構成


圖4. 碳纖維的成本構成〔3〕

4. 碳纖維產業鏈概述

A. 碳纖維產業鏈關聯度非常緊密,上游幫扶下游就是幫自己。

    碳纖維制造企業因為資金和技術的優勢,要成為引領整個產業鏈的生力軍!市場培育任重道遠!只有不斷推進從碳纖維材料向纖維制品、復合材料以及復合材料制品的縱深發展,完善產業鏈,擴大碳纖維的應用范圍,才能是整個碳纖維行業實現跨越式的發展。

B.碳纖維的去向及比例 [-page-]

預浸工藝:51.6%,編織工藝:20%(其中有12.4%要經過預浸進入后段) 短切工藝:19%,纖維通過纏繞等方式直接使用:9.9%


圖六 碳纖維到制品的用量比例〔5〕

C. 碳纖維產業鏈中的價值鏈

我們常聽到關于碳纖維價值鏈的說法是:從石油原料到碳纖維,增值關系是1到3,而把碳纖維做成復合材料,增值到10.
    而國際上還有一個類似的說法:一個工業用碳纖維復合材料零件的成本構成,其中碳纖維和樹脂的成本占25%,把碳纖維轉成預浸料或編織布(我們稱之為纖維制品),轉化成本為15%,而把纖維制品制造成零件,需要60%的成本,原因是這個過程的邊角廢料太多,主要沿襲于航空航天的成型工藝效率太低。

當很多人抱怨:碳纖維因為價格太高而影響其應用面時,我們必須重視除了25%-30%的碳纖維成本之外的其他70-75%的纖維制品和零件成型的巨大成本。否則,即使碳纖維成本降得再低,做出的復合材料成本還是驚人!

5. 碳纖維“平民化”之路探討

    碳纖維因品種和質量的不同,價格從每公斤100多人民幣到5萬多人民幣(日本東麗的M60J據說曾炒到這個價格)都有。其中,走小批量,高精尖的品種,我們稱之為“貴族纖維“,而量大,價格相對低的碳纖維,我們稱之為”平民化碳纖維“。是碳纖維研發的老人,但是產業化的新手,所以,對于總多碳纖維企業,”平民化“之路有探討的實質意義。

A. “價格”聞名天下,在碳纖維領域,是否可能實現平民化?

    低質量不等于低成本。質量低,成本高是碳纖維的普遍狀況,這個情況,其實國際碳纖維巨頭相當清楚,美國的碳纖維行業有一種說法:目前做的碳纖維是不可能被市場接受的,如保持目前的發展狀態,永遠也不可能為市場接受,這不取決于在生產碳纖維上投入多大的巨資。很多人把碳纖維產業想象的太簡單了。

    由于錯誤的產業導向,絕大部分廠擁擠在小絲束的羊腸小道上,而目前我國的航空航天在復合材料應用的水平,遠不能消化這么多產能。很多公司雄心勃勃要把碳纖維大量用到我國的大飛機上,請大家好好查查歷史,東麗從1971年搞出碳纖維,到什么時候才用到波音和空客上的。如果我們盲目模仿日本碳纖維企業的發展,從小絲束起步,以航空航天應用為主,這將把整個產業帶入死路,因為無論是技術水準,艱難的航空適航認證,還是市場政治等因素,的企業在相當時間內是不可能成為波音和空客等公司的主力供應商。隨著風電葉片市場和汽車市場近幾年迅猛發展,日本碳纖維企業普遍認為:沒有認真發展大絲束及其應用是他們大的戰略失誤,看著歐美大絲束企業迅猛的擴產,這些日本企業正快馬加鞭,努力趕超在大絲束碳纖維生產的差距。

    有不少碳纖維的工業或商用需求,但對我們小絲束昂貴的價格望而卻步,導致有價無市,生產線閑置。另外在航空航天之外的碳纖維應用,由于成本控制,主要以24K以上的大絲束為主,由于成本和后段加工效率因素,大絲束化的趨勢異常強勁,很多專家認為:把小絲束和大絲束都加工成一幅單向預浸料,這還能區別大小絲束嗎?而其中的材料和加工成本的差距巨大!

    所以碳纖維企業(不含科研機構)的發展,師從日本企業是死路一條。而SGL、ZOLTEK、甚至土耳其的后來者AKSA,必然會在這幾年市場需求爆炸式的增長中(據報道:一片大尺寸風電葉片大約需要500公斤碳纖維,一款30萬輛的汽車需要近3萬噸碳纖維),他們的發展之路應該值得我們好好研究和效仿。

B. 穩定質量需要一個長期過程,能否通過碳纖維質量灰色地帶進入市場?

    從我國很多產業的發展歷史看,總是經歷著“質廉價廉”到“質優價廉”的競爭力塑造過程,通過 “質廉價廉” 切入市場,或者從質量灰色地帶進入市場,恐怕是我們大多數碳纖維企業要經歷的過程。

    碳纖維性能和質量的穩定是一個長期的過程,日本東麗從1970年代到現在,也一直在不斷提升其產品性能和質量的穩定性。穩定化工作不光是碳纖維企業埋頭苦干,還需要后端應用的大力配合,并根據功能用,次承力件,主承力件等不同應用要求而逐步提升的。想著短時間內就把碳纖維性能和質量做穩定,然后再去銷售的思路只是天方夜譚的夢幻!

    在業界我們談論更多的是碳纖維的主要性能,比如抗拉強度和模量達到T300,或T700了,似乎不到這個日本人定義的符號,碳纖維就沒有用了。現在用T300的地方,是不是就一定不能用C250?其實一些非承力的功能件是可用的,另外碳纖維終要變成復合材料才有用的,通過更優化的材料設計,樹脂配方設計,纖維與樹脂界面設計等等手段,也可讓采用了C250制作的零件的終性能超越T300。所以我們提請有關單位在制定標準中,不要簡單模仿日本產品標準,不到3.5GPA的碳纖維也是碳纖維,要根據我們的實際情況,為我國企業留出碳纖維灰色地帶空間。

    不盲目強求碳纖維主要性能指標,把更大的力氣用在性能和質量指標的穩定性和碳纖維工藝性的上。對于很多用戶,寧愿用性能質量均勻,后續工藝性能好的C250,也不愿意用CV值太大,毛絲多的所謂T700。纖維穩定性好,從零件設計上,設計師就有確定的數據,安全系數就可以放小,終做出的零件更輕,成本更低。 通過提高這些質量穩定和工藝性能指標,讓用戶在使用我們碳纖維時,感覺與國外纖維一樣好用,即使主要性能略差一點,但價格也便宜。

    在產業化生產線的籌劃中,從重視“主要性能指標”,轉向重視“性能質量工藝指標群”。 比如主要性能指標的均勻性、線密度的均勻、毛絲率、絲束寬度的均勻性、絲束的可展開性、絲束后續加工的耐磨性,針對不同樹脂的上漿劑等等, 用這些指標群去引導工藝和裝備的確定,用均勻好用的C250灰色地帶進入市場,形成銷售,才有后續提升性能的空間,才能建立與下游產業形成良性的互動,從而進入螺旋上升的碳纖維性能品質提升之路,這才是切實的碳纖維平民化之路!

6. 觀點總結

A. 碳纖維的巨大發展情景毋庸置疑!眾多碳纖維投資擠在小絲束生產獨木橋的現狀急需要改變。

B. 從所有化纖發展歷史看:以我為主,充分學習和借鑒國際前沿模式、技術及設備,在充分掌握的基礎上實現消化吸收和創新,這才是一條真正的捷徑。“盲目崇洋”和“自力更生”都是極端道路。

C. 碳纖維“平民化”的進程要充分發揮我國腈綸大工業的基礎,要在24K以上大絲束做文章;使我們企業報出的價格不再讓用戶詫異。

D. 提倡學習SGL、ZOLTEK的發展經驗,消減對碳纖維主要性能指標的追求熱情,把更多注意力放到其他眾多與后端使用方便性的質量指標上,使做出來的碳纖維能用,能替代部分國外產品,打開一條通過“質量灰色地帶”進入市場的之路!

E. 用性能質量和工藝指標群去引導工藝和裝備的確定,充分學習國外公司在產業化進程的“技術含量似乎不高,經濟效益確很大”的經驗,從工藝和裝備上控制和降低成本。

F. 要充分重視碳纖維產業鏈各段的緊密關聯度,碳纖維企業有責任,也有必要去培育和推進纖維后段各工藝的發展。


參考文獻:
〔1〕Lance Hill, Dr.Uwe Kobs, Carbon fiber market analysis and outlook, carbon fiber 2006, Budepest, Hungary.
〔2〕Dr.Snjoy Mazumdar and Sean Lofgren, Lucintel, Emerging market analysiss for carbon fiber production and application, carbon fiber 2008, Hamburg, Germany
〔3〕碳纖維現狀與進展―2002年碳纖維會簡介 作者:趙稼祥, 會議 第六屆全國新型炭材料學術研討會第六屆全國新型炭材料學術研討會論文集 2003年
〔4〕Dr.Felix L Paulauskas, oak Ridge national lab, Producing low-cost high volume fiber for commercial application, carbon fiber 2008, Hamburg, Germany
〔5〕Lance Hill, Dr.Uwe Kobs, Carbon fiber market analysis and outlook, carbon fiber 2006, Budepest, Hungary.

 

 

透過上述文章的介紹

無論是碳纖維板材還是其他複合材料,產品的後加工品質,一直以來都是製造廠爭取客戶訂單的關鍵

因為好的加工品質才能讓客戶的產品精細度更好

過去以量取勝的策略在現在的環境上,對於一般產品可能還適用~

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