維材料成本控制策略包括多方面，在原材料環(huán)節(jié)，優(yōu)化原絲選擇與采購，降低主要原材料成本占比，如PAN原絲占生產(chǎn)成本的51%，是關鍵因素，制造工藝上，改進預氧化、碳化等流程，提高生產(chǎn)效率，減少能源消耗與廢料產(chǎn)生，可有效降低成本，規(guī)模化生產(chǎn)能攤薄固定成本，提升設備利用率，實現(xiàn)成本下行。

一、碳纖維零部件定制中的成本控制策略

1. 前期溝通 - 樣品制作方案
   • 在碳纖維零部件制造中，“打樣”很重要。零部件的外形、尺寸公差、應用性能要求決定制造方案。國內(nèi)智上新材料在樣品制作階段秉承“居中”原則，與應用方商榷樣品細節(jié)，在原材料選擇、成型工藝參數(shù)確定時選定較為居中的方案。在滿足零部件硬性功能需求的前提下，對制造成本進行前期控制，將產(chǎn)品費用控制在合理范圍。
2. 中期調(diào)控 - 樣品實驗檢測
   • 碳纖維零部件樣品的實驗檢測是對質(zhì)量和制作方案的考量。當樣品通過檢測且有較大性能空間時，制造商有優(yōu)化工藝方案的可能。智上新材料在樣品試驗檢測階段，會將采購、生產(chǎn)、技術等相關部門人員納入樣品調(diào)控小組，全方位著手降低與控制成本。爭取以合理材料方案、簡單高效制作方案，獲得優(yōu)異性能和低成本，實現(xiàn)“性價比”。
3. 后期優(yōu)化 - 批量化生產(chǎn)
   • 碳纖維零部件制造成本的規(guī)模效應彈性大，批量化程度越高，單位成本越低，應用價值越高。其生產(chǎn)設備價值高、能源消耗大、工序復雜，制造費用與人工費用占比高。例如智上新材料批量化生產(chǎn)的碳纖維輥軸，原材料、人工、設備折舊及能源消耗等費用占比大，當同一款輥軸批次產(chǎn)量達到1000倍時，單根輥軸制造成本能降低10%以上。

二、碳纖維生產(chǎn)中的成本控制策略

1. 大絲束生產(chǎn)工藝
   • 一般48K以上的碳纖維稱為大絲束碳纖維。其優(yōu)點是對PAN原絲質(zhì)量要求相對小絲束要低，可以采用民用PAN絲，且制造成本是小絲束的60%左右。但生產(chǎn)難點在于大絲束纖維聚積，展紗效果不好，紗片難以均勻浸潤，紗片厚度和質(zhì)量難達產(chǎn)品結構設計要求，展紗過程中常出現(xiàn)紗毛，導致亂紗和斷紗，影響生產(chǎn)效率、產(chǎn)品外觀，材料性能得不到有效轉換，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。
2. 低成本碳纖維前體開發(fā)
   • PAN的價格約占碳纖維生產(chǎn)成本的50%，所以國內(nèi)外碳纖維生產(chǎn)商尋求PAN以外的低成本原料。美國、日本等汽車碳纖維主要制造國家已經(jīng)開發(fā)出包括聚烯烴類聚合物、木質(zhì)素纖維素、電紡酚醛纖維、輻射丙烯酸紡織物等在內(nèi)的低成本代替材料。如從紙漿廢液中提取的木質(zhì)素，通過熔紡和碳化制成低成本碳纖維，生產(chǎn)成本可控制在4 - 5$/kg。
3. 混雜碳纖維技術
   • 將碳纖維與其他纖維（如玻璃纖維、芳綸纖維等）進行混雜，在性能上可以互補，能有效降低生產(chǎn)成本。通過合理的結構設計可在保持材料原本高性能的基礎上降低生產(chǎn)成本。
4. 預氧化工藝優(yōu)化
   • 碳纖維生產(chǎn)過程中預氧化時間長導致生產(chǎn)周期長是成本高的一個重要原因。目前已有研究對PAN原絲進行紫外線、X射線等物理處理或采用KMnO4、C6H5COOH等化學處理降低環(huán)化溫度，縮短預氧化時間。在工藝方面，可改變溫度、時間、氣體氣氛等工藝參數(shù)提升碳纖維的性能。
5. 高效率成型樹脂及成型工藝
   • 碳纖維復合材料制造成本主要由成型設備昂貴和成型時間長造成人力物力消耗兩方面構成。基于高效成型的樹脂材料和新型成型工藝是低成本優(yōu)化的重要途徑。例如環(huán)氧樹脂是碳纖維復合材料的首選，還有用于LCM工藝的樹脂，可以直接將樹脂均勻地涂敷在干的纖維預制件上，并通過壓強使樹脂織物在厚度方向上均勻浸潤。“瞬間固化”環(huán)氧樹脂，其樹脂配方主要用于成套預浸料和熱進/熱出沖壓成型工藝，固化周期5min，制造的部件表面可達A級，無需模具后處理。
6. 碳纖維回收與再利用
   • 碳纖維復合材料的回收與再利用是降低碳纖維使用成本、提升經(jīng)濟附加值的有效方法。目前對碳纖維回收方法的研究不斷更新，如高溫熱裂解、氧化流化床法、超臨界流體技術等。

三、生產(chǎn)規(guī)模對成本的影響

1. 規(guī)模效應體現(xiàn)
   • 以山東大學的數(shù)據(jù)為例，年產(chǎn)500t碳纖維所需要的單耗生產(chǎn)成本為26.4236萬元/t（約40美元/公斤），隨著生產(chǎn)規(guī)模增加，原絲和碳纖維的生產(chǎn)成本均呈下降趨勢。如OakRidge National Laboratory（美國橡樹嶺國家實驗室）分析，若單線規(guī)模從1000噸上升到2000噸，成本可以降10%，2000噸到3000噸，成本可能降15%，萬噸線理論成本降幅在30%左右。在目前千噸線規(guī)模上僅提升產(chǎn)銷率可以把理論生產(chǎn)成本降至約17.44美元/公斤，若上游原絲使用的干噴濕紡工藝繼續(xù)優(yōu)化，且萬噸線開滿后，極限假設下，生產(chǎn)成本可以降到70元人民幣/公斤（12 - 13美元/公斤）附近。

碳纖維零部件定制成本控制案例

大絲束碳纖維生產(chǎn)工藝優(yōu)化

碳纖維前體替代材料研究進展

混雜碳纖維技術應用實例