碳纖維的造價為什麼這麼高?
請從工業生產和市場的角度談談,謝謝
高等級的碳纖維的原料主要是高等規度、高分子量的聚丙烯腈,這種原料就比較難製備,因為這兩種特點滿足一個就比較難,何況要同時滿足兩個,第一個涉及丙烯腈的立體選擇性聚合,第二個涉及聚合反應的鏈轉移反應等極難避免的副反應;其次其炭化過程又需要精確掌控,不然要麼炭化程度不夠,要麼就結構被破壞,兩種極端都會破壞碳纖維的力學性能。
碳纖維的製備是一個系統工程,它包含一系列複雜的物理化學反應,一些反應的機理還未研究透徹,一些反應所需要的設備難以達到更高的要求,製備難度很高,而我國碳纖維製備的技術又受到外國封鎖,所以一定程度上,我國碳纖維的製備就靠自己,現在所實現的T300、T800(兩種碳纖維的型號)基本國產化,都是經過幾代科學家、工程師不懈努力得來的。國內碳纖維行業並不成熟,具備生產碳纖維技術並有一定規模的碳纖維公司,其客戶是國家,是軍工項目,而軍工項目誇張點說是不計成本的,所以目前碳纖維造價較高,是因為企業生產者為了滿足國家的需求,沒有動力和必要去考慮降低生產成本。民用方面,碳纖維製品例如碳纖維自行車,網球拍,因其原料性能跟軍工相比,要求沒那麼嚴苛,所以主要依賴進口,而國際上的碳纖維市場競爭並不充分,大部分的份額被日本和美國等國家的少數公司壟斷著,這就導致碳纖維製品的售價也很高。
有人說國產碳纖維質量不高,不如進口的,這是因為國內碳纖維發展情況不被人熟知,造成這種想當然的感覺。其實不同型號的碳纖維,都有其標準的指標,我國科學家、工程師在完成軍用碳纖維國產化這一目標的過程中,就是不斷將自己製備的碳纖維的性能接近或者超過標準指標,並實現穩定化生產。所以碳纖維的質量跟國產還是進口沒有關係,只跟型號有關。
這是我在知乎的第一次回答,受題主邀請誠惶誠恐地編輯、修改著我的答案。我很有興趣從我自己所學專業的角度談談為什麼碳纖維製備難度很大,但是內心急切著想提交答案,又怕自己專業水平有限,就不談了。希望可以藉此和更多從事這一領域的知友進行交流~(寫完答案發現本可以在開頭寫個謝邀的,想想還是算了,臉紅跑走( ̄▽ ̄)」)
黏貼一下之前收集的材料。
飛機的單價貴大家都知道,這圖表可以看到T700到T1000是航空用途,也就大概明白了為什麼碳纖維貴。碳纖維自行車一般都採用日本東麗公司生產的碳纖維,沒辦法人家擁有專利。
一般而言T1000碳纖維的自行車價格最貴。
高模數M系列可是為了 "宇宙" 用途而開發。
T300、T600、T700、T800、T1000的差異
日本東麗(TORAY)公司的碳纖維型號
碳纖強度T300<T600<T700<T800<T1000
等有空了再補充詳細點^_^
謝邀。
首先我覺得題主應該不是問為什麼碳纖維造價在中國這麼貴,或者碳纖維本身造價貴。我嘗試下回答為什麼碳纖維製品貴的原因。
首先需要知道的是碳纖維是一種工程材料,且必須與其他材料複合使用。現在國產碳纖維基本可以達到T300,價格大概200,000/t,價格要比其他材料貴一些。做為工程材料,性價比是非常重要的,碳纖維是一種高強高模質量輕的材料,但是大部分工業產品並不需要這麼高的性能,價格是首要考慮的,所以需求量小,需求量小就限制的產量和改進,所以成本難以下降。另外碳纖維成型工藝成本較高,成型速度慢是一大原因,比如環氧樹脂基碳纖維增強塑料,液態環氧樹脂和碳纖複合後固化是需要時間的,並且有時候需要一定的溫度和壓力。比如鋼板衝壓需要幾秒鐘,環氧樹脂固化就需要至少幾倍的時間。
其他的原因還有工藝複雜等,等有空補充,也可能爛尾。
前面有些回答不夠全面,從工業生產的角度,碳纖維在紡絲之後,需要經過多次牽伸,包括沸水牽伸,高溫蒸汽牽伸,乾燥緻密化等能耗比較高,聚合紡絲階段的成本佔總成本的一半。另外耐火化過程和碳化過程,需要高溫,全天24小時不間斷開爐,能耗非常高。對於T300級別的碳纖維,其生產成本是50-80元/kg。但由於國內企業大部分沒有掌握核心技術,生產過程中碳纖維性能一致性太差,廢品率太高,成本是國外的2-3倍。而對於高強度的碳纖維或者高模量的碳纖維,對產品的一致性要求更高,一桶水的高度取決最矮的擋板,而1000桶水的高度取決於每一桶水最矮的擋板。
以上還僅僅是碳纖維絲的成本,在碳纖維製作成零件過程中,還需要跟基體複合。因此產品的價格又加一倍。鋼鐵的價格是2元/kg
所以,碳纖維製品價格要想親民,從以下方面著手,大絲束、使用新技術耐火化設備、使用新技術碳化設備、油劑創新。
只有成本親民了,民用才會推廣開來,這樣,碳纖維的價格整體會下降好幾個台階。
簡單談談個人觀點,歡迎大家批評指正!
題主問的是造價,這個與碳纖維的生產過程是密切相關的。
首先,碳纖維的生產是一個十分複雜的系統工程,從原絲(製備碳纖維的原料)的製備到預氧化碳化石墨化,再到上漿封裝到最後的成品,對每一步的工藝過程都有很高的要求。幾乎每一步都需要做到精確的控制,對設備的要求也是極高的。初期設備投入和維護成本較大,是造成碳纖價格較高的原因之一。
同時,碳纖維的生產過程本身就是一個高耗能的過程,特別是後期碳化甚至是石墨化過程需要很高的溫度。生產過程的高耗能是碳纖的成本較高的另一個原因。比如:高耗能的碳化過程一般要經歷低溫碳化過程(使用溫度在300~1000攝氏度)和高溫碳化過程(使用溫度在1000~1600攝氏度)。如需製備高模量的碳纖維,還需講碳纖維經2200~3000攝氏度的高溫處理。
從市場角度來說,碳纖維的高售價源自於碳纖的銷售仍處於賣方市場,碳纖維的核心技術仍由發達國家像日本、美國所掌握,碳纖維的產能有限,雖然近期出現產能輕微過剩,但隨著飛機汽車的輕量化進程的加快,碳纖維的需求量也是大增,也造成了碳纖價格處於高位。貴的是高端碳纖維t800以上,低端的並不貴
貴的原因是國產高端碳纖維沒有產業化,t1200以上的技術都沒掌握,日本企業自然往高賣,等國內企業掌握技術產業化後,自然價格就下來了有些造價很低的。比如一百來塊就一個碳纖維的登山手杖。更多的是產品宣傳和包裝,讓人們一開始就覺得這就是個很高科技高成本高性能的玩意兒
碳纖維只是售價高,這個也分質量,進口碳纖維像韓國的20幾萬一噸,國產水平差,某品牌幾萬塊一噸沒人要。造價只能呵呵了,碳纖維製造是技術和裝備缺一不可,國外已經很成熟了,就成本來說,除了設備固定資產投資,其它價錢就是技術壟斷的因素了。
碳纖維由於密度小,強度高,耐腐蝕,導電導熱…碳纖維這種材料涉及範圍很廣,上到航空航天,下到桌椅板凳,目前用量最大的還是在體育休閑用品這塊,什麼羽毛球拍,釣魚竿,滑雪桿,登山杖,船槳…但由於碳纖維成本高,制約著碳纖維行業發展,要突破這些因素需克服工藝,目前大部分靠人工來完成,客戶下1000件碳纖維產品,我們要做1100件左右,生產效率低。每家技術可能都還不一樣,目前為止最常見的工藝為卷管纏繞工藝,擠拉工藝,模壓工藝,真空工藝,每種工藝根據產品結構,用途,要求而選擇。
東麗造價不高。
他們成本低,產能高的,可以傾銷。所以中國企業能製造的牌號,但是成本比他們高的,他們就會傾銷,價格很低。
PAN基的碳纖維在製造過程中,成本構成是: 原絲(51%)+預氧化(16%)+石墨化(23%)+表面處理 (4%)+包裝等其餘成本 (6%),oak已經做過相應的統計。擴大生產規模、降低原絲成本,提高碳絲轉化率和降低製造能耗是降低碳纖維的四大途徑。目前,原絲轉化為碳絲的比例還是大於2.1的,而且在製造過程間接成本也一直將不下來。東麗將原絲的製造能力擴展一倍, 製造成本就下降50%。
因為全球碳纖維的絕大部分產量都出自日本東麗公司,它具備定價權。
國產的碳纖維產品是在2005年以後才真正具備產業化能力的(在此之前,只具備小批量實驗室級的水平,無法商業化量產)。而且是費舉國之力研發的,當時研發碳纖維型號是對標日本東麗的T300。
有關國內碳纖維研發歷史的資料介紹,可以參考 以下書籍:
「師昌緒科技活動生涯」 和師老的自傳「在人生道路上」 。
之所以貴:
①:製作流程複雜,目前沒有公開的標準製作工藝流程。
②:除了原材料製作,產品的設計,成型全人工。
③:目前國內碳纖維公司算是很少,更不用講碳纖維的開發設計工程師了,
綜上:物以稀為貴。
國內外的水平還差很多,而且日本將碳纖維歸為武器材料,導彈什麼的外部的材料採用碳纖維可大大降低武器導彈的重量,因而他們是嚴禁向中國出售的。前段時間就抓獲幾家小企業,他們向中國出售高質量的碳纖維。所以說,這個價格真的貴啊!
有國產的碳纖維自行車,4k左右的價格.
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