国产碳纤维复合材料崛起？

碳纤维领域迅速发展，形成研发与生产平台，朝着高性能和低成本方向不断进步。碳纤维是一种碳元素含量在90%以上的无机纤维状材料，其中以聚丙烯腈（PAN）纤维为前驱体制备得到的聚丙烯腈基碳纤维最为重要。制备高性能碳纤维的工艺包括丙烯腈（AN）聚合物溶液制备、PAN原丝制备、PAN纤维预氧化、PAN预氧纤维碳化以及与树脂复合时的表面处理。高模量碳纤维还需要经过高温石墨化工艺。

经过国家科技和产业化示范计划的支持，我国在高性能碳纤维制备与应用技术方面取得了重大突破。首先，初步建立了高性能碳纤维技术与产品体系，实现了T300级和T700级碳纤维的产业化规模生产。T300级碳纤维的性能基本达到国际水平，在国防领域应用已渐趋成熟，而在民用领域的应用仍有待开拓。T700级和T800级高性能碳纤维突破了干喷湿纺工艺，实现了产业化生产。湿法纺丝T700级碳纤维制备工艺创新，相关产品已应用于航空领域。实验室条件下，T1100级高性能碳纤维已经突破关键制备技术。在高模量及高强高模碳纤维领域，M40级高模量碳纤维已实现小批量生产，并在多个卫星型号上应用；M40J级高强高模碳纤维已完成工程化研制，正在进行应用考核；M55J级高强高模碳纤维尚处于工程化研制阶段，更高性能的碳纤维品种仍在关键技术研发阶段。

其次，我国已建立一批碳纤维生产企业和研发平台，国产碳纤维产业格局基本形成。目前，我国有20多家碳纤维企业，主要分布在山东、江苏、河北和吉林等地。其中，威海拓展纤维有限公司、江苏恒神股份有限公司、中复神鹰碳纤维有限责任公司、中安信科技有限公司、吉林精功碳纤维有限公司和中国石化上海石油化工股份有限公司等6家企业建设了10条以上千吨级的生产线，另有18家企业建设了几十吨至几百吨产能的生产线。此外，我国还建设了多个碳纤维科学技术研究单位，包括1个国家碳纤维工程技术研究中心、2个碳纤维制备技术国家工程实验室、2个碳纤维复合材料国家工程实验室以及多个国家重点实验室。这些研发平台的建设为碳纤维产业的国产化发展提供了支撑。

然而，我国在高性能高分子复合材料领域还面临一些挑战。首先，国产碳纤维的高端产品较少，低端产品价格昂贵，对位芳纶的发展困难。目前，我国高性能纤维各品种的发展不平衡。玻璃纤维已进入产业化发展成熟期，市场占有率高且产品质量优秀。而碳纤维处于产业化初期，产量和市场占有率相对较低，产品质量的稳定性还有待提高。芳纶纤维也处于产业化初期，虽然已有一定产能，但产量较低，产品质量稳定性和市场占有率还有待提高。此外，国产碳纤维的制备成本较高，高性能碳纤维与国外产品存在差距，自主创新能力亟待加强。同时，我国碳纤维的应用市场发展较为缓慢，风力发电和汽车等产业的大规模应用尚未实现，工业需求的推动力较弱。另外，现有碳纤维企业的产品主要集中在T300级碳纤维，存在低水平无序扩张的问题。国外相关企业对我国中低档碳纤维进行价格压制，不利于碳纤维产业的健康发展，难以形成具有竞争力和可持续发展的产业。对位芳纶方面，国外企业通过价格手段对我国芳纶产品进行打压，导致国内企业对国产芳纶产品的使用积极性不高。此外，国内芳纶生产企业还面临着国外对芳纶单体出口控制的挑战。

其次，树脂基材料的研发与应用水平存在差距。树脂基体是纤维增强复合材料中最薄弱的组分，对整体性能起着关键作用。目前，我国在树脂基体方面存在一些问题和差距。首先，研发力量相对薄弱，研究主体以高校和科研院所为主，与企业的应用研究相对脱节。其次，高品质、高纯度的环氧树脂、酚醛树脂及改性高端产品的规模化生产能力较低。此外，根据高端复合材料的要求，树脂复配体系设计能力还有待加强。高性能树脂基体的产业化能力不足，缺乏满足低频段、全向隐身、透波、低密度、防隔热、防弹等性能要求的产品。

另外，复合材料自动化制造技术日趋成熟。随着高性能复合材料的广泛应用，复合材料制造工艺朝多元化、自动化方向快速发展。复合材料成型工艺从手糊和手工铺贴发展到近10种自动化铺放工艺，自动化制造比例逐年增加。在“十二五”期间，我国复合材料自动化制造技术得到较好的发展，自动铺带、自动铺丝以及预浸料自动拉挤等先进工艺技术逐步应用。热熔预浸料生产和热压罐复合材料成型工艺技术、纤维/布带缠绕成型技术、树脂传递模塑料成型工艺（RTM）成型技术和复合材料结构整体成型技术得到了发展。复合材料制造技术体系初步形成，可用于研制和小批量生产碳纤维、玻璃纤维和芳纶增强高性能酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和聚酰亚胺等多种复合材料，并广泛应用于汽车、轨道交通、通信电力、建筑建材、电力/电器、市政基础设施和新能源开发等领域，基本满足了航空、航天、兵器、能源和交通运输领域的需求。

此外，结构功能一体化复合材料技术也在高端化和实用化方向快速发展，为高端装备的研制和生产提供了支撑。结构吸波和透波复合材料在新型飞机、导弹、舰船和地面车辆等领域得到广泛应用。结构装甲复合材料兼具抗弹防护和结构承载功能。我国已研制出满足高要求的抗弹/结构复合材料，已用于多种装甲装备的舱门舱盖。此外，树脂基防热复合材料在航天等领域使用，并在载人返回舱上成功应用。高性能碳纤维复合材料是复合材料产业的核心，全球市场前景广阔。我国复合材料产业已建立起一批研发平台和制造基地，促进了复合材料技术及产业水平的提升。

然而，我国在高性能高分子复合材料领域还面临一些问题。首先，我国以碳纤维增强复合材料为代表的高性能高分子复合材料尚处于发展阶段，与国外先进水平相比仍存在差距。我国的研发和产业发展主要以国外产品为目标，缺乏自主创新能力，高性能高分子复合材料的进口依赖程度较高，产业化进程缓慢，部分领域滞后于世界材料强国的发展速度。