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什么决定了碳纤维复合材料价格?


  业内有一句流行的话:从原材料到碳纤维,价格从1变到3,从碳纤维到复合材料产品,价格可从3变到10。这句话虽然并不十分准确,但是也在某种程度上说明了决定碳纤维复合材料产品价格的远远不止原材料。从1到10,这其中还有相当复杂的附加值,这些附加值到底包含了哪些因素?
  因素一:碳纤维原丝价格
  国内外在碳纤维原丝生产技术和生产成本上差距很大,国内较大的碳纤维原丝生产企业包括:上海石化公司腈纶事业部、中复神鹰碳纤维有限公司、吉林市碳纤维高新技术产业化基地、哈尔滨天顺化工科技开发有限公司、中国石油天然气集团公司等。除了中复神鹰刚刚实现了T800级别碳纤维原丝的量产化外,国内的碳纤维原丝生产仍以T700,甚至是T300为主,而日本早在2014年就已经成功研制出T1100级别的高强高模量碳纤维。
  经过多年的奋力赶超,虽然国内的企业能够将T700级碳纤维成本控制在每公斤200元以内,但是仍然高于美国、日本等发达国家同类产品的生产成本,而且在产品质量的稳定性和产能方面还需进一步提高。因此,比较成熟的碳纤维复合材料生产企业更趋向于使用进口碳纤维原丝或者预浸料,威盛新材一般使用由台湾台塑、日本东丽等碳纤维老牌企业出产的原丝制作出来的预浸料,在保证质量稳定的同时尽量控制成本。
  因素二:碳纤维复合材料基体价格
  碳纤维作为一种纤维状的碳素材料,含碳量在95%以上,通常与树脂、金属、陶瓷等基体结合作为复合材料使用,从目前看,应用最多的就是树脂基碳纤维复合材料。其中,碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的,在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域都颇具优势。因此,除了碳纤维之外,这个基体树脂的价格也是成本的必要组成部分。另外,基于一些碳纤维复合材料需要应用于高温或者其它特定环境中,还需对基体的化学成分进行相应的改性,例如在碳纤维表面涂覆一层能够有效保护碳纤维阻隔其氧化的涂层,就可以使碳纤维复合材料产品能长期应用于高温环境下。但是这种改性存在一定的技术难度,并且需要配合大量的实验,因此,除了主要的基体之外,改性的方案以及添加的材料也是碳纤维产品成本不可或缺的一部分。
  因素三:碳纤维产品的加工成本
  碳纤维产品的加工成本包括很多因素。首先,要根据产品的具体要求选择相应的成型方式,其成本与加工周期是由产品的复杂程度和特定的性能要求决定的。手糊、缠绕、层压、模压或是真空导流,不同成型工艺在设备投资、技术要求、成型周期以及产出效率等方面差别很大。以威盛新材的一款工字型高铁预埋件为例,根据这款零部件的设计以及大规模批量生产的要求,威盛新材选择使用模压工艺。该工艺必须涉及模具的使用,而模具的设计和铸造费用是与产品数量相关联的,产品数量越多,模具成本分摊到单个产品上的成本费用越低。
  其次,成型后的产品在后加工方面也存在着成本差异。制孔、打磨、喷漆,每一个环节都涉及设备、技术、原材料以及人工成本,产品的精度要求往往决定了成本投入的高低。
  上述分析在一定层面上解释了碳纤维复合材料产品的价格组成以及成本决定要素。目前市场上普遍认为,碳纤维复合材料产品价格昂贵,但是对于应用市场来说,应通过强调碳纤维复合材料产品的高性能,来比较其成本优势。如汽车用碳纤维复合材料,不光要计算其零部件本身的成本,更要计算使用碳纤维材料给节能减排和绿色环保等社会持久发展方面带来的综合效益。这也是高性能复合材料区别于传统或常规复合材料的价值所在。因此,对碳纤维复合材料产品的价格评估决不能局限于单个产品的绝对成本,而是应该在更大的市场体系上来完成。