『专题』韩国碳纤维的研发现状

背景介绍

碳纤维是一种耐热、耐化学反应、轻量且又具有力学特性的优质材料。韩国在碳纤维领域的研发与产业化进展与日本，欧美相比起步较晚，2006年开始正式投入研发，2013年开始碳纤维产品正式进入实用化阶段，扭转了韩国市场上碳纤维全部依赖进口的局面。以本土的晓星集团和泰光事业为代表的行业先锋积极进行碳纤维领域行业布局，势头发展强劲。此外日本东丽在韩国建立碳纤维生产基地也为韩国本土的碳纤维市场注入活力。后续一批孵化项目未来也有望扩大韩国在此领域的竞争力。对于只有短短十年的韩国碳纤维行业发展历程，现阶段取得的研发及产业成就离不开政府，产业领军企业的携手共建，相关科研机构与高校也在协同助力。

韩国碳纤维相关举措和研究成果

政府

“创新经济”计划

韩国朴槿惠政府为保证韩国的科技创新与竞争力，力图联合韩国各产业巨头在全国范围内建造17个创新产业中心，将创新的点子转化为真正的科研实力和商业利益。这一战略被称之为“创新经济”计划。

对于韩国全罗北道这一地区，虽然农业和旅游业发达，但是工业基础薄弱。朴槿惠政府选择联合晓星集团将其打造成为碳纤维的创新产业聚集地。旨在形成碳纤维材料产业集群，促进全北地区创意经济生态系统的发展。

2014年11月24日，朴槿惠总统出席了在全州完山区举行的全北创意经济创新中心开幕仪式。为了促进全北地区创意经济生态系统的发展，晓星携手全罗北道共同建立了全北创意经济创新中心。 政府方面将无偿批准晓星使用全州工厂用地，建设约1652.9㎡规模的创新产业中心(碳纤维孵化创业扶持中心)。

资金方面作为主要的投资方晓星将注入1.24万亿韩元资金（约合人民币68.42亿元），其中约1.2万亿韩元将用于全州工厂的扩产工作。晓星计划到2020年，将现有产能2000吨扩大到14000吨。至于余下的投资部分，200亿韩元将被用来成立“碳孵化器”基金（"C" incubation fund），用于资助新创企业的成长，建成碳纤维孵化创业扶持中心；50亿韩元投入碳谷对等基金(Carbon Valley Matching Fund)；30亿韩元为新创公司建立办公中心；还有约120亿用于包括建立碳纤维产品分销网络、IT技术支持等方方面面。韩国中央政府对此投资150亿韩元（约合人民币0.83亿元），全罗北道省政府对该项目下属Carbon Valley Matching基金注资100亿韩元。

建成的碳纤维孵化创业扶持中心将极大推动韩国碳纤维产业的发展，晓星和全罗北道计划首先集中培养20家有实力的小企业，让它们成为扩大“碳集群”的桥头堡。碳纤维孵化创业扶持中心不仅提供资金，还将传授大企业的管理经验，推动优秀创意转化为项目或产品，以及利用晓星的全球网络开拓销路等，必将在培养碳纤维行业相关中小企业和扩大“碳集群”中发挥中流砥柱的作用。入驻中心的企业还可使用产品开发实验设备以及获得原料供应。 

今后，晓星将携手全罗北道培养超过100家的碳纤维相关创新中小企业，其战略目标是将韩国素行业相关技术水平真正达到世界第三位，并将积极助力全罗北道的中小企业，使之成为象征韩国创意经济成果的“国家最具代表性的隐形冠军”。

通过这些举措，其最终目标形成碳纤维材料→零部件→成品一条龙生产方式，建立可与美国硅谷比肩的碳纤维孵化集群，挖掘新市场，创造新的附加值，到2020年实现碳纤维相关产品出口额100亿美元(约10万亿韩元，折合人民币约552亿元)的目标。

科研机构

KIST：韩国科学技术研究院 

韩国科学技术研究院KIST是一所位于韩国首尔的跨学科综合研究院，在德国萨尔布吕肯、江原道江陵市和全罗北道完州郡设有分院。KIST成立于1966年，是韩国首个综合性科技研究院。

KIST开发出低廉的碳纤维回收再利用技术。另外韩国国内研究组开发出能把汽车和飞机的外部装饰材料转化成高性能碳纤维的技术。　

KIST碳融合原材料研究中心首席研究员表示，研究组成功开发出了一种低廉技术，能从废弃碳纤维复合材料(CFRP)中有效回收再利用碳纤维。CFRP因其较轻且坚实的特性，被广泛运用于航空宇宙产业、高性能汽车等各领域，但没有回收再利用技术，一直以来被全部销毁。　

研究组在废弃的CFRP上加入水和低廉的添加剂，通过施加摄氏100度的温度、10气压的压力的方式，成功地把CFRP转化为碳纤维。在每年可以处理1吨规模的材料的设施上进行的实验结果显示，1500韩元的费用可以提取1公斤的CFRP。强度能维持在原素材的85%以上。　

研究员表示，如果使用该技术，可以将CFRP废旧材料的95%以上回收再利用。通过开发兼具经济成果、环保性的回收再利用法，可以立即实现产业化。

大学

★高丽大学 Korea University

韩国高丽大学Korea University早在2002年，就在美国化学会高分子预印本上发表相关碳纤维研究论文。

论文题目：

活性碳纤维的新型制备与表征法。(Novel preparation and characterization of activated carbon fiber)；

相关作者：

Young Gun Ko，Ung Su Choi，Jeong Su Kim，Dong June Ahn。

此外，高丽大学在碳纤维复合材料领域也在积极研发，2008年与东丽韩国公司开设先进复合材料研究中心。

★仁荷大学 Inha University

韩国仁荷大学Inha University在碳纤维领域的研究主要集中在碳纤维复合材料上。曾与中国吉林化工学院联合研发一项碳纤维增强的聚合物复合材料。相关论文发表于2013年4月的CARBONLETT。

论文题目：

Polymer matrices for carbon fiber-reinforced polymer composites；

论文作者：

Fan-Long Jin， Seul-Yi Lee，Soo-Jin Park。

论文要点：

碳纤维具有耐高温，高强度和刚度，和轻量化特性。被广泛应用在先进高分子复合材料的增强材料上。研究者旨在审查合成过程，分析材料属性和聚合物的基质。

★韩国科学技术院 KAIST

韩国科学技术院 KAIST在碳纤维领域的研究同样主要集中在碳纤维复合材料上（如碳纤维织物/酚醛复合材料，碳纤维/金属复合材料），复合材料是该校的优势学科项目，其相关研究成果如下：

论文题目：

使用酸催化剂的质子交换膜燃料电池PEMFC的双极板材料-碳纤维/酚醛复合材料制成的超高速固化双极板材料；

Ultra high speed curing bipolar plates made of carbon fabric/phenolic composite using acid catalyst for proton exchange membrane fuel cell；

论文作者：

Minkook Kim, Jun Woo Lim, Ki Hyun Kim, Dai Gil Lee。

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论文题目：

碳纤维/酚醛复合材料双极板的表面改性，HT-PEMFC纳米尺寸炭黑等的研究

Surface modification of carbon fiber phenolic bipolar plate for the HT-PEMFC with nano-carbon black and carbon felts

论文作者：

Minkook Kim, Jun Woo Lim, Dai Gil Lee

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论文题目：

碳纤维/酚醛复合材料双极板与纳米尺寸炭黑的增强作用

Carbon fabric/phenolic composite bipolar plate reinforced with nano-size carbon black

论文作者：

Minkook Kim, Jun Woo Lim, Ki Hyun Kim and Dai Gil Lee

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论文题目：

使用酸催化剂的质子交换膜燃料电池PEMFC的双极板材料-碳纤维/酚醛复合材料制成的超高速固化双极板材料；

Ultra high speed curing bipolar plates made of carbon fabric/phenolic composite using acid catalyst for PEMFC

论文作者：

Minkook Kim

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论文题目：

碳纤维/金属混合式双极板PEMFC的发展

Development of carbon fabric/metal hybrid bipolar plate for PEMFC

论文作者：

Ki Hyun Kim

企业

东丽、东邦特耐克丝、三菱丽阳是日本碳纤维三大巨头。此节主要以此三公司为主，介绍他们在碳纤维领域的技术现状与近期动态

（1）晓星集团简介

（2）晓星集团碳纤维发展历程

 韩国晓星集团2010年独立自主开发的碳纤维材料引起业界强烈关注。2011年在韩国全州建立半商业碳纤维商业化生产线，碳纤维产能500吨/年。后续晓星集团斥资14亿余元人民币建造年产量达到2000吨以上的全州碳纤维工厂，该工厂于2013年4月正式投产，同时还计划投资70亿余元在全州地区建立尖端环保材料的科技园区，预计2020年底建成并投入使用。下一步，晓星还将投资1.24万亿韩元（折合人民币71亿），以扩大自己的品牌Tansome®碳纤维生产能力。以期在2020年实现14500吨碳纤维的年生产能力。

在此次晓星1.24万亿韩元的投资中，约1.2万亿韩元将用于全州工厂的扩产工作。公司计划到2020年，将现有产能2,000吨扩大到14500吨。

至于余下的投资部分，200亿韩元将被用来成立“碳孵化器”基金（"C" incubation fund），用于资助新创企业的成长；50亿韩元投入碳谷对等基金(Carbon Valley Matching Fund)；30亿韩元为新创公司建立办公中心；还有约120亿用于包括建立碳纤维产品分销网络、IT技术支持等方方面面。韩国中央政府同时也会向“碳孵化器”基金注入100亿韩元；而全罗北道省政府将向碳谷对等基金注资100亿韩元。

晓星集团的一系列举动打破了一直以来韩国碳纤维领域由日本和美国公司独霸的局面，也解决了韩国国内碳纤维基本依赖进口的问题。晓星集团曾在2013年表示。其目标是在2015年前后，将自产的碳纤维材料能应用于全韩国30%以上的相关企业。目前来看，晓星集团基本达到了这一目标。

▲韩国晓星集团碳纤维生产基地——全州工厂

（3）晓星集团碳纤维牌号及参数

韩国晓星集团的碳纤维主要产品牌号：

TANSOME®

TANSOME®是碳纤生产工艺中的焚烧工序“烧性(tanning)和特别(something special)的结合，意为创造附加价值。晓星集团在韩国国内最早研发成功的高强度性能等级的碳纤维。

▲韩国晓星集团碳纤维产品图片

▲韩国晓星集团碳纤维产品参数

▲韩国晓星集团碳纤维产品标准包装规格

（4）晓星集团碳纤维产品应用领域

成功于开发的High Performance Grade碳纤维由High Strength Grade(抗张力4.9 GPa, 弹性系数 250 GPa)和Intermediate Modulus Grade(抗张力 5.5 GPa, 弹性系数 290 GPa)组成。这是满足世界碳纤维需求70%的核心等级产品，被使用于各种产业领域、体育休闲、航空等多种用途。

该产品的全球市场需求量每年正以10%以上的速度高速增长，为了跟进这个高速增长的步伐，晓星集团自2013年起年生产能将达到2000吨，并且以此为起点，通过不断的研发开发工作来实现产品差别化从而扩大投资，并且2020年进入顶级领域为目标奖持续不断的增大产能。

（5）晓星相关研发

▲韩国晓星集团研发实验室

1971年在韩国晓星集团作为民营企业成立了附属研究所 ，晓星研发实验室, 在70年代以韩国成长动力的合成纤维领域技术为基础, 把研究领域扩大到化学原料及产品、新材料领域。2006年9月为了更高一层次的飞跃, 晓星合并中央研究所和生产技术研究所成立了晓星研发实验室。2011年度基于10大核心技术, 改编5大研究团体致力于集团新事业的创立。晓星研发实验室为逐渐成为公司的未来成长核心的有前途的新事业, 不断开发确保关于新事业的研究技术。同时, 在原有的事业领域继续开发新产品及生产工程, 致力于把这些研究早期应用到实际工作。

（1）泰光实业简介

（2）泰光实业碳纤维发展历程

泰光实业通过在腈纶纤维中集成的技术，2009年成功开发了PAN碳纤维前躯体。并在韩国东南海岸的蔚山工业园区投入12940万美元进行高端材料设备的研发及建设，2012年3月开始，在韩国首次启动了年产前躯体 3000吨，碳纤维1500吨规模的商业化生产。其碳纤维的生产基地位于蔚山碳纤维工厂。

泰光实业的最大优势是本公司具备由丙烯,丙烯腈直到碳纤维原丝的垂直生产链,同时也在生产优质腈纶,这对碳纤维原丝生产技术研发起到指导作用。

（3）泰光实业碳纤维牌号及参数

▲韩国泰光集团碳纤维产品图片

▲韩国泰光集团碳纤维产品参数

▲韩国泰光集团短切碳纤维产品参数

（4）泰光实业碳纤维产品应用领域

泰光实业的碳纤维以垂直系列化优势为基础，其碳纤维产品面向体育休闲、建筑土木、航空、汽车、能源等各个产业领域的需求。

（5）泰光实业相关研发

泰光实业的研发机构是国内的中央研究所，该研究机构侧重基础技术和新材料材开发。

泰光实业自创业半世纪以来，一直处于韩国纤维产业的领导地位。在此基础上为了成为21世纪的超一流企业，于1994年在大德研究基地设立了一个中央研究所。为了与生产现场密切联网，2005年在蔚山设立了附所在地研究所，以便开创今后石油化学/纤维产业的新的发展方向。

研究所从Lab（实验室）规模乃至PILOT（试验）规模，都拥有聚合、纺纱以及加工设备,从研究开发到批量生产产品设备一应俱全。并引进各种最新分析装备,确保了各研究阶段分析数据的准确性。通过差别化策略取得了功能性高分子合成、开发新合成纤维、开发出高功能特殊材料等效果，同时进行了新物质合成等高技术和新素材开发，为企业发展和韩国产业发展做出贡献。

（1）日本东丽和东丽尖端材料韩国公司

（2）东丽尖端材料韩国公司碳纤维发展历程

为了跟上市场需求，2013年4月，东丽在韩国建立了第四个工厂即东丽尖端材料韩国公司，产能为2200吨的第一条碳纤维生产线，作为日本、法国、美国工厂的补充。这样韩国从日本进口碳纤维可以直接在韩国工厂生产。并于2014年追加投入了产能为2500吨的第二条碳纤维生产线。

该公司将迎合包括中日在内的亚洲市场需求丰富产品种类，除面向汽车等的工业用品外还将生产运动用品。2015年东丽尖端材料韩国公司碳纤维全线产能达4700吨，占日本东丽总公司2.71万吨产产能的17.34%。

2014年，东丽尖端材料韩国公司销售额达到11890亿韩元，其中碳纤维占比4%。根据公司制定的战略规划，计划在2020年全面扩大碳纤维产品的销售占比至15%。

（3）东丽尖端材料韩国公司碳纤维牌号及参数

产品牌号：TORAYCA®

▲东丽尖端材料韩国公司碳纤维产品图片

东丽公司可批量生产多种类型的碳纤维，以满足不同领域的不同需求，主要

产品的性能参数如下表所示：

▲东丽尖端材料韩国公司碳纤维产品参数

（4）东丽尖端材料韩国公司碳纤维产品应用领域

东丽尖端材料韩国公司碳纤维产品其应用领域一大亮点是正逐步增大向航空领域的供货。作为最新的波音787客机，空客380的结构部件材料，因其性能优势和轻量化特征，可改善燃料消耗，节约能源。此外还可应用于各种运动器材，包括高尔夫球杆，网球拍等。以及压力容器，汽车，火车，道路，工业风力涡轮机叶片，船舶，桥梁，民用建筑等。

（5）东丽尖端材料韩国公司相关研发

东丽尖端材料韩国公司在碳纤维领域的相关研发离不开母公司日本东丽株式会社的带领，近期日本东丽株式会社在碳纤维领域的研发主要动向集中在应用领域的开发上。涵盖东丽与空客的合作，逐步增大向航空领域的供货；东丽将碳纤维应用于燃料电池汽车高压储氢罐领域；东丽与丰田通商株式会社合作共同推进碳纤维的循环再利用。

总结

1.韩国碳纤维发展迅速，但是高端品级上距离日本产品质量有所差距；

韩国在碳纤维研究及应用上发展起步较晚，整体上韩国碳纤维生产企业诸如晓星、泰光、GS加德士、三星通用化学品和SK化学在产业中还处于刚刚起步或萌芽状态。

就目前来看，处于产业化起步阶段的韩国本土企业晓星、泰光在大规模碳纤产业化维制备技术上工艺已发展的相对成熟，但是在碳纤维高端产品上较日本东丽的还有一定差距。

这个差距举例表现在:日本东丽的通过对PAN 原丝和碳纤维的缺陷控制，采用提高其破坏韧性以及最佳的界面设计等，开发出了以往技术所不能达到的更高强高模“T1100 GC”，其价格还比以往的高强高模“T1000 GB”便宜，可适用于增强纳米合金的预浸料等，并作为最高品级的碳纤维材料出售。

2.随着韩国碳纤维的产业化发展，逐步摆脱了对日本的进口依赖；

2012年3月，泰光在蔚山生产基地建成1500吨/年规模碳纤维生产线。2013年4月，随着晓星在全州2000吨/年的碳纤维工厂全名建成竣工，韩国逐步扭转了碳纤维进口严重依赖日本的局面。晓星在韩国碳纤维产业领域起到了中流砥柱的引领作用。

2013年4月，日本东丽在韩国建立了第四个工厂即东丽尖端材料韩国公司，产能为2200吨的第一条碳纤维生产线，并于2014年追加投入了产能为2500吨的第二条碳纤维生产线。作为日本、法国、美国工厂的补充。这样韩国从日本进口碳纤维可以直接在韩国工厂生产。

随着这些企业的产能逐步扩大，未来韩国有望由碳纤维进口国逐步转变成出口国，初步可对部分亚洲国家进行出口。

3.韩国碳纤维的发展以企业为主导，与国家顶层布局积极呼应，但科研机构的参与度及引领作用有望加强；

碳纤维迅猛发展以企业为主导，这离不开企业自身科研攻关能力突出优势及大力的资金支持，同时企业呼应了韩国政府的顶层积极布局。韩国政府目标是打造涵盖从原材料到制品的碳纤维全产业链，使得韩国的碳纤维技术打入世界前三。但目前来看，这还需要一定的努力。

在韩国碳纤维发展上，各科研机构与高校科研院所的研发与企业结合有待加强。各大科研机构目前的发力点多集中以碳纤维复合材料方向或碳纤维回收技术上，与现阶段韩国自身产业发展的联系紧密度未能发挥有效驱动作用。

产学联合的发展有所体现，但是仍是以企业为主导，以培养企业发展所需技术劳动力为目的。例如2016年3月，晓星集团在首尔大学的大学院里开设“材料产业和技术创新”第一学期产学合作讲座，通过产学合作讲座，培养有助于企业的专业知识人才。

4.韩国碳纤维下游产业链发展；

市场调研机构曾指出，未来几年，随着应用领域的扩大，碳纤维的市场需求量将逐渐增加。其中，车用碳纤维将成为主要应用领域，其次还包括用于风能发电的风力涡轮叶片以及航空领域。

尤其对于车用碳纤维，韩国方面可借助本土汽车企业发展优势，进行相关产业合作，有望在此领域有所突破。据了解，GS加德士与东丽共同研发可用于汽车零部件和半导体的碳纤维产品，泰光实业与晓星集团合作开发了用于运动装备的碳纤维产品。此外作为航空巨头的波音也曾对韩国碳纤维产品表示关心，认可韩国产品的技术研发能力。

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