碳纖維產(chǎn)業(yè)“聚”變發(fā)展
——2020全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告

2020年碳纖維民用航空應(yīng)用領(lǐng)域遭遇重挫，其他領(lǐng)域強(qiáng)勁補(bǔ)充，全球需求量為106860噸，同比增長了3%。中國市場需求量在利好政策作用下強(qiáng)勁增了長29%。面對(duì)產(chǎn)業(yè)的勃勃生機(jī)，中國碳纖維企業(yè)如何在材料與應(yīng)用端突破，實(shí)現(xiàn)“聚”變式發(fā)展？

2020年，受新冠肺炎疫情影響，碳纖維產(chǎn)業(yè)的市場格局發(fā)生了潛移默化的改變。由于民用航空產(chǎn)業(yè)的蕭條，飛機(jī)訂單大量減少，直接導(dǎo)致對(duì)航空復(fù)材需求的大幅度降低。在體育用品市場方面，網(wǎng)球、冰雪、部分水上項(xiàng)目等群體運(yùn)動(dòng)的器材應(yīng)用下降，由于個(gè)人休閑時(shí)間增多，高爾夫、自行車、釣魚等個(gè)體體育運(yùn)動(dòng)的器材應(yīng)用則不降反升。風(fēng)電葉片依然保持著勢不可擋的發(fā)展趨勢。整體來看，雖然民用航空遭遇重挫，但其他市場的強(qiáng)勁補(bǔ)充，使2020年全球碳纖維需求量同比仍增長了3%。

2020年中國碳纖維行業(yè)呈現(xiàn)一片繁榮的景象，由于日本限制碳纖維對(duì)華銷售，國內(nèi)市場產(chǎn)銷趨旺，掀起了新一輪的投資熱潮。另一方面，在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的推動(dòng)下，除了能源的供給改變，對(duì)其存儲(chǔ)、運(yùn)輸及使用也會(huì)有新的節(jié)能減排綜合要求，這不僅會(huì)激發(fā)對(duì)輕量化結(jié)構(gòu)的需求，也會(huì)刺激諸多功能性的需求。2020年中國碳纖維總需求量同比增長了29%。

面對(duì)生機(jī)勃勃的碳纖維市場，中國碳纖維企業(yè)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)發(fā)展自主的技術(shù)、裝備，探索碳纖維的回收與再利用，以期告別“情懷時(shí)代”，擁抱“效益時(shí)代”。

1 前言

時(shí)至今日，世界范圍內(nèi)，新冠肺炎疫情依然頻發(fā)，給人類生活帶來了深刻的影響, 碳纖維產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)需格局也因此發(fā)生了潛移默化的改變。

新冠肺炎疫情對(duì)經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響主要波及非固定人群集中活動(dòng)及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，民用航空首當(dāng)其沖，飛機(jī)訂單的大量減少，直接導(dǎo)致對(duì)航空復(fù)材需求的大幅度降低。相關(guān)的主要碳纖維供應(yīng)商——東麗及美國赫氏的業(yè)績大幅度下滑。綜合判斷，該市場的下降幅度為30%。在體育用品市場方面，全球絕大部分體育比賽的取消或延遲，使體育產(chǎn)業(yè)總體上遭遇重挫。而對(duì)于碳纖維器材的影響，網(wǎng)球、冰雪、水上項(xiàng)目等群體運(yùn)動(dòng)的器材應(yīng)用下降，高爾夫、自行車、釣魚等個(gè)人運(yùn)動(dòng)的器材應(yīng)用由于個(gè)體時(shí)間增多則不降反升，總體上，依然保持了2.7%的增長。風(fēng)電葉片依然保持著勢不可擋的發(fā)展趨勢，其中的關(guān)鍵推動(dòng)者是丹麥風(fēng)電巨頭維斯塔斯, 綜合其他廠家的需求，這個(gè)市場的增長率在20%。碳纖維其他應(yīng)用市場，未受到疫情的很大影響，大致保持在以往的增長速率，其中壓力容器、碳碳復(fù)合材料（主要是熱場材料）高速增長。

2020年中國碳纖維行業(yè)呈現(xiàn)一片繁榮的景象，市場強(qiáng)勁增長。2020年8月份之后，日本限制碳纖維對(duì)華銷售，所有碳纖維廠家均是賣方市場，由于價(jià)格不斷提高，多家中國碳纖維公司贏利增長。幾乎每家公司都在“大干快上”，擴(kuò)大產(chǎn)能。這也掀起了新一輪的投資熱潮。多家外界企業(yè)投入巨資，摩拳擦掌要進(jìn)入碳纖維行業(yè)。有業(yè)內(nèi)專家呼吁“尋找可靠技術(shù)來源，冷靜投資，有序發(fā)展”，這代表了多年深耕行業(yè)的慎重思考。筆者在此補(bǔ)充三點(diǎn)：1.技術(shù)可靠且具有先進(jìn)性,盡量避免為行業(yè)制造“負(fù)資產(chǎn)”；2. 效益高于情懷,碳纖維的情懷時(shí)代已過，現(xiàn)在需要效益；3. 行業(yè)統(tǒng)籌協(xié)作發(fā)展, 當(dāng)前，誰也沒有足夠?qū)嵙Τ蔀榫揞^與霸主，全球視野整合產(chǎn)業(yè)鏈資源，才能實(shí)現(xiàn)“聚”變式跨越發(fā)展、構(gòu)建國際競爭優(yōu)勢。

2020年中，中央政府提出了“以國內(nèi)大循環(huán)為主的雙循環(huán)新發(fā)展格局”。一方面碳纖維行業(yè)具備軍民兩用特性，相關(guān)的技術(shù)及裝備多年來在國際往來中一直有嚴(yán)格的限制。發(fā)展自主的技術(shù)、裝備、產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用生態(tài)，無論是從其敏感性，還是企業(yè)的國際競爭優(yōu)勢，都是必要的。另一方面，體育用品、風(fēng)電葉片分市場是比較典型的兩頭在外的“外循環(huán)”模式，反映了該領(lǐng)域中國的制造優(yōu)勢與國際材料、品牌運(yùn)營、應(yīng)用創(chuàng)新及消費(fèi)能力等優(yōu)勢結(jié)合的現(xiàn)有平衡生態(tài)。如果在材料（碳纖維）與應(yīng)用兩端有所突破，整個(gè)產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈就可實(shí)現(xiàn)“以國內(nèi)大循環(huán)為主的雙循環(huán)新發(fā)展格局”。

2020年年底國家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展目標(biāo)，對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)將有深遠(yuǎn)的影響：新的能源戰(zhàn)略將極大刺激風(fēng)電、光伏、氫能等再生或新能源的發(fā)展。無論是風(fēng)電、光伏或氫能，對(duì)碳纖維產(chǎn)業(yè)均有舉足輕重的影響。這個(gè)戰(zhàn)略除了促使能源供給改變，對(duì)能源存儲(chǔ)、運(yùn)輸及使用也會(huì)有新的節(jié)能減排綜合要求，這不僅會(huì)激發(fā)對(duì)輕量化結(jié)構(gòu)的需求，也會(huì)刺激諸多功能性的需求。

2 全球碳纖維市場

2.1 全球碳纖維市場需求-年份

（見圖1）

圖1 全球碳纖維需求-年份（千噸）

2020年疫情對(duì)全球碳纖維需求的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)造成了很大的障礙。為了解決這一問題，筆者根據(jù)應(yīng)用市場，逐一了解其中重要企業(yè)的業(yè)績變化：比如商用航空領(lǐng)域，筆者閱讀了波音及空客的飛機(jī)交付量，及碳纖維復(fù)合材料的主要供應(yīng)商?hào)|麗與赫氏的年度業(yè)績報(bào)表，對(duì)這個(gè)分市場作出將會(huì)降低30%的綜合判斷；對(duì)于體育領(lǐng)域，主要參考龍頭代工企業(yè)2020年的績效，比如為全球眾多高爾夫代工的臺(tái)灣明安國際、為電動(dòng)自行車及網(wǎng)球拍代工的臺(tái)灣拓凱工業(yè)、為冰球桿代工的波力公司等，綜合判斷，群體運(yùn)動(dòng)器材有較大下降；個(gè)體運(yùn)動(dòng)由于業(yè)余時(shí)間增加，反而增長，所以，體育市場的增長率從去年的5%調(diào)整到2.7%；風(fēng)電依然保持強(qiáng)勁增長，無論是維斯塔斯的業(yè)績表現(xiàn)，還是從碳梁供應(yīng)商江蘇澳盛、光威復(fù)材都獲取了同樣的信息。

除了上述三大分市場（占據(jù)整個(gè)市場的近60%），筆者還對(duì)壓力容器、模塑混配、電子電氣、碳碳復(fù)材等分市場領(lǐng)域的主要廠家作了訪談，了解到市場需求的增長率基本與2019年類似。值得一提的是，由于氫能的加入，壓力容器領(lǐng)域達(dá)到20%的增長；由于單晶硅熱場材料的猛增，碳碳復(fù)材全球市場增長了近80%。

通過綜合統(tǒng)計(jì)，2020年全球碳纖維的需求量為106860噸，對(duì)比2019年的103700噸，增長了3%。這個(gè)增長非常不易，當(dāng)民用航空遭遇重挫，其他市場卻強(qiáng)勁補(bǔ)充，這充分展示了碳纖維產(chǎn)業(yè)的勃勃生機(jī)。

2.2 全球碳纖維市場需求-應(yīng)用（千噸）

（見圖2、表1）

圖2 2020全球碳纖維需求-應(yīng)用（千噸）

對(duì)比2019年的分市場餅圖，其中的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域依舊是風(fēng)電市場，保持在20%的強(qiáng)勁增長；遭受重挫的航空航天市場（受影響的主要是民用航空、公務(wù)機(jī)），用量急劇降低。風(fēng)電市場的增長潛力非常巨大，這將有待于維斯塔斯之外的其他風(fēng)電巨頭企業(yè)，尤其是中國風(fēng)電企業(yè)批量使用碳纖維。

體育休閑是行業(yè)的壓艙石，60年來，無論市場怎樣變化，這一領(lǐng)域總是穩(wěn)定地支撐著碳纖維的應(yīng)用，全行業(yè)應(yīng)該珍視體育用品客戶。

在汽車行業(yè)，采用碳纖維的車型越來越多，尤其是新能源汽車，其中電池盒（尤其是底蓋），有望成為碳纖維的重大需求品種。

2.3 全球碳纖維市場需求-應(yīng)用（美元）

（見圖3、表1）

圖3 2020全球碳纖維需求-應(yīng)用（百萬美元）

表1 2020全球碳纖維需求-應(yīng)用

全球碳纖維的銷售金額為26.15億美元，比2019年28.7億美元降低了8.8%。這是由于高價(jià)格的航空航天用碳纖維銷售降低而導(dǎo)致的。

2.4 全球碳纖維市場需求-產(chǎn)品（千噸）

（見圖4）

圖4 2020全球碳纖維需求-產(chǎn)品（千噸）

模量的定義：

標(biāo)準(zhǔn)模量是指拉伸模量為230～265GPa

中等模量是指拉伸模量為270～315GPa

高模量是指拉伸模量超過315GPa

小絲束Small Tow（或常規(guī)絲束Regular Tow）：1～24K（含）

大絲束Heavy Tow：大于等于48K（東麗的定義是大于40K）

巨絲束Giant Tow：大于100K

繼2019年大絲束占比42.2%，2020年大絲束產(chǎn)品繼續(xù)提升市場份額到45.2%。這個(gè)高比例有三層原因，一是大絲束在風(fēng)電市場驅(qū)動(dòng)下的強(qiáng)勁增長，二是小絲束市場受航空航天市場下滑影響，三是部分實(shí)為小絲束（比如25K）、但由于供應(yīng)不足使用大絲束進(jìn)行替代。今后3年時(shí)間，這個(gè)份額擴(kuò)大的趨勢還會(huì)延續(xù)。

巨絲束市場是一直存在的，比如西格里與卓爾泰克的預(yù)氧絲，均是采用300～320K來制備的，這一過程是預(yù)氧絲被加工成預(yù)氧氈，再加工成碳?xì)?，該產(chǎn)品的市場應(yīng)用空間廣闊；其中，也有部分巨絲束被直接制備為碳纖維，作為碳?xì)值脑?，進(jìn)入了剎車片的功能化市場。

3 全球碳纖維供應(yīng)

3.1 全球碳纖維理論產(chǎn)能-制造商

（見圖5）

圖5 2020全球碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能及擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃-制造商（千噸）

2020年，筆者依然采用了“運(yùn)行產(chǎn)能”的概念，主要是統(tǒng)計(jì)在實(shí)際運(yùn)行的產(chǎn)能，但這個(gè)概念依然不能完全反應(yīng)出廠家產(chǎn)能的真實(shí)情況，比如同樣的生產(chǎn)寬幅與生產(chǎn)速度，生產(chǎn)3K與12K顯然有較大的產(chǎn)能區(qū)別。2020年，筆者依然允許企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)線做一定程度的折算（按照12K標(biāo)準(zhǔn)）。這個(gè)折算之后，會(huì)導(dǎo)致總產(chǎn)能與產(chǎn)出之間出現(xiàn)較大的差距，就可能被誤以為“達(dá)產(chǎn)率”落后。從2021年開始，我們會(huì)采用“實(shí)際產(chǎn)能”的概念，一條生產(chǎn)線定義為生產(chǎn)3K，就不能按12K折算為1000噸，而應(yīng)該計(jì)算為300噸。

2020年，全世界主要增加的產(chǎn)能是：卓爾泰克在匈牙利增加的5000噸，碳谷+寶旌（前精功碳纖維）增加的2000噸，中復(fù)神鷹增加的2000噸，光威增加的2000噸，曉星公司增加的2000噸。

根據(jù)之前的報(bào)道，帝人集團(tuán)下的東邦將增加2700噸，赫氏會(huì)增加5000噸；目前并無這些擴(kuò)產(chǎn)完工的報(bào)道，預(yù)計(jì)受疫情影響，會(huì)延遲到2021年達(dá)產(chǎn)。

上述數(shù)據(jù)并不包括吉林化纖集團(tuán)的擴(kuò)產(chǎn)數(shù)據(jù)，該公司宣布在“十四五”期間：原絲擴(kuò)產(chǎn)到20萬噸，碳纖維擴(kuò)產(chǎn)到6萬噸。2020年，吉林化纖集團(tuán)的碳纖維產(chǎn)能為1100噸，目前確定有1.5萬噸碳纖維擴(kuò)產(chǎn)。

3.2 全球碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能-區(qū)域

（見圖6）

圖6 2020全球碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能-區(qū)域（千噸）

2019年，筆者分析了不同國家對(duì)碳纖維制造的吸引力，主要取決于該國的綜合投資環(huán)境及產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的吸引力。今年，筆者從另外一個(gè)角度來分析一下全球區(qū)域的碳纖維布局。

美國：本土主力碳纖維企業(yè)，赫氏與氰特公司（被比利時(shí)索爾維集團(tuán)收購）承擔(dān)著美國軍用碳纖維的制造，剩余部分服務(wù)于民用。東麗旗下的卓爾泰克在美國也有部分大絲束生產(chǎn)（主力在匈牙利與墨西哥），東麗在美國的生產(chǎn)能力比本土還大；為了與東麗競爭波音市場，東邦通過并購美國的AKZO-FORTAFIL發(fā)展碳纖維，布局了龐大的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃；三菱通過并購美國的GRAFIL碳纖維工廠進(jìn)入美國市場，后又收購了德國西格里在懷俄明州的碳化線；德國西格里在MOSA湖旁邊建立了汽車碳纖維工廠。全球碳纖維六大巨頭在美國均有工廠。

歐洲：碳纖維的發(fā)源地是英國，德國西格里通過收購英國碳纖維資產(chǎn)進(jìn)入碳纖維領(lǐng)域；東麗與東邦分別在法國、德國投資碳纖維工廠；赫氏分別在法國、西班牙建立碳纖維工廠。東麗集團(tuán)旗下的卓爾泰克在匈牙利有碳纖維工廠；全球碳纖維六大巨頭中，有4家在歐洲有投資。

日本：主體是本土三巨頭的碳纖維工廠，以及三菱與德國西格里合資的原絲工廠。

韓國：除了東麗的工廠，主要是曉星集團(tuán)的碳纖維工廠，泰光的工廠停產(chǎn)多年；其他韓國化工巨頭還處于研發(fā)狀態(tài)。

中國：除了臺(tái)灣地區(qū)的臺(tái)塑及永虹，在大陸區(qū)域，均是本土的碳纖維工廠。

從全球產(chǎn)業(yè)布局上，東麗顯然技高一籌，是行業(yè)的領(lǐng)頭羊。

4 中國碳纖維市場

4.1 中國碳纖維需求-年份

（見圖7）

圖7 中國碳纖維需求-年份（噸）

2020年中國碳纖維的總需求為48851噸，對(duì)比2019年的37840噸，同比增長了29%，其中，進(jìn)口量為30351噸（占總需求的62%，進(jìn)口量比2019增長了17.5%），國產(chǎn)纖維供應(yīng)量為18500噸（占總需求的38%，供應(yīng)量比2019年增長了54.2%）。2020年的中國市場的總體情況是：供不應(yīng)求，無論是進(jìn)口還是國產(chǎn)纖維。

2015（13.4%），2016（16.5%），2017（20%），2018（32%），2019 （22%），2020 （29%）……如果供給能充分保障，2021年總需求量有望再次突破30%的增長率。

對(duì)于國產(chǎn)的18500噸銷量，相比2019年的12000噸，增長率為54.2%。連續(xù)3年超過30%的高速增長，說明國產(chǎn)碳纖維的巨大進(jìn)步；之前我們預(yù)計(jì)2025年國產(chǎn)產(chǎn)能超過進(jìn)口，估計(jì)這個(gè)超越會(huì)提前2～3年實(shí)現(xiàn)。

如此超水平的表現(xiàn)，不得不提到風(fēng)電領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，風(fēng)電葉片的用量（2017：3060噸，2018：8000噸，2019：13800噸，2020:20000噸）是關(guān)鍵引擎。值得注意的是，這個(gè)領(lǐng)域兩頭在外（碳纖維+應(yīng)用客戶）的程度大約是85%。這是中國碳纖維與風(fēng)電葉片的重大戰(zhàn)略機(jī)遇，解決此問題并完成相當(dāng)程度的內(nèi)循環(huán)，會(huì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4.2 中國碳纖維需求-應(yīng)用

（見圖8、圖9）

圖8 中國碳纖維需求-應(yīng)用（噸）

圖9 2020中國/全球碳纖維應(yīng)用對(duì)比（千噸）

上述圖表旨在說明我國應(yīng)用能力的問題，所以，我們需要?jiǎng)冸x風(fēng)電領(lǐng)域的對(duì)外部分。碳纖維的應(yīng)用技術(shù)絲毫不比碳纖維制備技術(shù)簡單，尤其是航空航天的復(fù)合材料技術(shù)體系。在中國碳纖維蓬勃發(fā)展之際，眾多應(yīng)用企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)力度，趕超先進(jìn)國家的應(yīng)用能力。

4.3 中國碳纖維需求-省份

（見圖10、圖11）

圖10 2020中國碳纖維需求—省份（噸）

圖11 2020中國碳纖維需求—省份（千美元）

長期排在第一名的廣東省，由于風(fēng)電的原因，在去年被江蘇趕超，今年又被山東趕超；江蘇與山東長期領(lǐng)先中國各省份，3個(gè)萬噸級(jí)碳纖維需求大省，應(yīng)該是后面數(shù)年不變的格局。

從消費(fèi)金額來看，廣東在2020年被江蘇趕超，按此趨勢，山東完全有潛能趕超廣東、上海。由這4個(gè)省市組成的碳纖維需求過億美元俱樂部的格局預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)數(shù)年。

4.4 中國碳纖維需求-來源

（見圖12、圖13）

圖12 中國碳纖維需求-來源

2020年,國產(chǎn)碳纖維保持著進(jìn)步，市場份額從2019年的31.7%攀升到2020年的38%。

在小絲束市場方面，中國企業(yè)的主要競爭對(duì)手是日本東麗的韓國工廠及韓國曉星公司，其2020年在華銷售總量大約是9900噸, 這還是在2020年8月份之后東麗被暫停出口的業(yè)績表現(xiàn)，否則應(yīng)該輕松突破萬噸。而自2019年，東麗公司就已經(jīng)開始“頭疼”中國的競爭對(duì)手了。顯然如果在同一平臺(tái)上競技，中國企業(yè)的競爭力依然不足，需要在工藝、裝備、品控、操作等多方面繼續(xù)練好內(nèi)功。

圖13 中國碳纖維需求-來源（千美元）

在大絲束市場，知名企業(yè)主要是東麗旗下卓爾泰克（美國+墨西哥+匈牙利）、日本三菱、德國西格里以及臺(tái)塑、土耳其DowAksa，總量大約為17000噸，主要生產(chǎn)風(fēng)電葉片以及部分其他用途的拉擠板（如建筑補(bǔ)強(qiáng)、機(jī)器人）及重型預(yù)浸料。國內(nèi)與之對(duì)應(yīng)的是藍(lán)星及碳谷+寶旌，為這個(gè)市場提供了大約4000噸碳纖維。在這個(gè)領(lǐng)域，卓爾泰克、西格里及藍(lán)星是真正大絲束碳纖維企業(yè); 臺(tái)塑、DowAksa以及碳谷+寶旌是因?yàn)榇蠼z束供給不足，用小絲束提束或并股的替補(bǔ)選手，技術(shù)體系上還依然屬于小絲束。所以，這個(gè)領(lǐng)域亟待國內(nèi)企業(yè)攻堅(jiān)克難，盡快填補(bǔ)巨大缺口。

2020年，由于碳纖維緊缺，總體上，價(jià)格行情是走高的（見圖14）。疫情對(duì)航空航天市場的重挫，導(dǎo)致東麗的部分民用碳纖維產(chǎn)量增加，但是這些增加的產(chǎn)能又因?yàn)橄掳肽瓿隹谑芟薅娣艂}庫中，這導(dǎo)致國內(nèi)碳纖維的價(jià)格大幅度上調(diào)。2020年，小絲束的高價(jià)位大約在20～22美元/公斤的水平上。

圖14 2015-2020中國碳纖維需求-平均單價(jià)（美元/公斤）

大絲束也同樣面臨緊缺。價(jià)格稍微提升，在13.5～14.5美元/公斤的水平上。這是大批量的采購價(jià)格，對(duì)于小批量的用戶，這些廠家經(jīng)常報(bào)出17～18美元/公斤價(jià)格。

5 中國碳纖維產(chǎn)業(yè)

5.1 中國碳纖維企業(yè)理論產(chǎn)能

（見圖15）

圖15 2020中國碳纖維原絲及碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能-制造商（噸）

近幾年，國內(nèi)產(chǎn)能的統(tǒng)計(jì)不斷擠出水分，逐步從“理論產(chǎn)能”到“運(yùn)行產(chǎn)能”，但2020年依然采用“運(yùn)行產(chǎn)能”，而非“實(shí)際產(chǎn)能”，這二者的區(qū)別就是：“運(yùn)行產(chǎn)能”依然允許企業(yè)用12K去折算3K的產(chǎn)能，而“實(shí)際產(chǎn)能”就需要按生產(chǎn)線的定義品種去定義產(chǎn)能，這樣才能反映出我國碳纖維行業(yè)真實(shí)的“達(dá)產(chǎn)率”。

2020年，筆者統(tǒng)計(jì)的“運(yùn)行產(chǎn)能”為36150噸，銷量是18500噸，銷量/產(chǎn)能比為51%，某些企業(yè)2020年上半年沒有全力生產(chǎn)，也有些生產(chǎn)線通過改造，實(shí)際產(chǎn)能超過了設(shè)計(jì)產(chǎn)能；對(duì)于正常開車的企業(yè)，達(dá)產(chǎn)率通常在65%以上，甚至有企業(yè)已經(jīng)達(dá)到90%以上；所以，在這個(gè)方面，中國跨越了低達(dá)產(chǎn)率的歷史階段，達(dá)產(chǎn)率正趨近國際水平。

關(guān)于碳谷+寶旌，以及吉林化纖的一些說明：寶旌是寶武集團(tuán)收購精功碳纖維的主要股份而形成的新公司名，精功與吉林化纖合資的碳纖維工廠也是其中一部分，其采用吉林化纖集團(tuán)旗下的原絲專業(yè)公司—吉林碳谷的原絲，所以被稱為碳谷+寶旌；吉林化纖集團(tuán)旗下還有自己另外的碳纖維資產(chǎn)，目前主要是兩條小規(guī)模碳化線，以及并購江城碳纖維的500噸碳化線。除此之外，他們正在擴(kuò)產(chǎn)大約15000噸的碳化裝置。當(dāng)然，吉林化纖旗下的碳化裝置也是采用兄弟單位—碳谷的原絲。自2021年，本報(bào)告將對(duì)吉林化纖系與寶武系作區(qū)分。

5.2 中國碳纖維產(chǎn)業(yè)新發(fā)展

2020年，中國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)是并購、擴(kuò)產(chǎn)及火熱投資。

其中最主要的是2019年就開始的寶武集團(tuán)對(duì)太鋼集團(tuán)（含鋼科碳纖維）以及精功碳纖維的并購。其次是吉林化纖集團(tuán)對(duì)方大集團(tuán)旗下江城碳纖維的并購。

擴(kuò)產(chǎn)幾乎是每家主要碳纖維企業(yè)正在或計(jì)劃進(jìn)行的。其中，比較大型的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目如下：

2019年2月，中復(fù)神鷹宣布投資50億元，在西寧建設(shè)20000噸碳纖維的重大擴(kuò)建工程；2020年已經(jīng)完成了其中4000噸，其余部分正在快馬加鞭建設(shè)中。

2019年7月，光威復(fù)材與內(nèi)蒙古包頭九原區(qū)政府、丹麥維斯塔斯公司等簽署協(xié)議，投資20億元在包頭建設(shè)“萬噸級(jí)碳纖維產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”，該項(xiàng)目進(jìn)展不是很快，不過光威在威海的項(xiàng)目正在不斷擴(kuò)產(chǎn)中。

2020年3月，上海石化發(fā)布公告，投資35億元建設(shè)24000噸原絲、12000噸大絲束碳纖維項(xiàng)目。該項(xiàng)目已經(jīng)在緊鑼密鼓地進(jìn)行中。

2021年1月，吉林化纖集團(tuán)宣布，在“十四五”期間將完成20萬噸原絲、6萬噸碳纖維及1萬噸復(fù)合材料的宏偉計(jì)劃。目前，項(xiàng)目正在高速建設(shè)中。

除了上述企業(yè)，行業(yè)內(nèi)不少其他企業(yè)也在策劃擴(kuò)產(chǎn)。除了碳纖維行業(yè)的廠家，行業(yè)外也有一些新進(jìn)入者，這其中包括：

2020年11月，常州新創(chuàng)碳谷控股有限公司宣布投資50億元，建設(shè)年產(chǎn)3.6萬噸的大絲束碳纖維及高性能碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，該項(xiàng)目正在建設(shè)之中。

2020年12月，浙江龍游縣與杭州超探新材料科技有限公司宣布投資32億元，建設(shè)10000噸高性能碳纖維及碳碳復(fù)合材料等項(xiàng)目。

2020年12月，廣東金輝碳纖維材料科技公司計(jì)劃到茂名濱海新區(qū)投資30億元，建設(shè)碳纖維原絲50000噸/年，碳纖維20000噸/年，碳纖維復(fù)合材料40000噸/年的生產(chǎn)基地。

2021年3月，新疆隆炬新材料有限公司計(jì)劃投資60億元，建設(shè)年產(chǎn)5萬噸碳纖維碳化項(xiàng)目，形成生產(chǎn)經(jīng)營碳纖維原絲、碳纖維碳化、碳纖維、復(fù)合材料制品的新材料基地。

2021年3月，國泰大成新材料科技產(chǎn)業(yè)園宣布總體規(guī)劃為年產(chǎn)25000噸原絲、10000噸碳纖維、碳纖維織物及復(fù)合材料的研發(fā)和生產(chǎn)園。

……

由于見證了太多企業(yè)的沉沙折戟，無論是對(duì)行業(yè)內(nèi)企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)，還是對(duì)新涌入的投資商，只能再次建議：

1.重視可靠技術(shù)來源；

2.冷靜投資，有序發(fā)展；

3.效益高于情懷；

4.行業(yè)統(tǒng)籌協(xié)作發(fā)展。

6 全球碳纖維復(fù)合材料市場

6.1 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-年份

（見圖16）

圖16 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-年份（千噸）

樹脂基碳纖維復(fù)合材料的需求量，根據(jù)纖維在復(fù)材中65%的比例計(jì)算，由此建立一個(gè)規(guī)模概念。

6.2 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用（千噸）

（見圖17）

圖17 2020全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用（千噸）

6.3 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用(10億美元)

（見圖18）

圖18 2020全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用(10億美元）

2020年，全球的復(fù)材收入為150.9億美元，對(duì)比2019年的173.7億美元，有較大幅度的下降。主要原因是航空航天市場的收入銳減，其他分市場均有增長。

在統(tǒng)計(jì)復(fù)合材料收入時(shí)，將航空市場與風(fēng)電市場進(jìn)行對(duì)比。首先看工藝：航空復(fù)材有碳纖維-預(yù)浸料-分切-自動(dòng)鋪放-熱壓罐-檢驗(yàn)-機(jī)加-裝配等；而風(fēng)電則是：碳纖維-拉擠成型-碳板，之后就直接進(jìn)入葉片大總成的環(huán)節(jié)。兩者的研發(fā)繁瑣程度也完全不同：航空結(jié)構(gòu)通常采用積木式驗(yàn)證方法，從材料到結(jié)構(gòu)，一步步驗(yàn)證；而風(fēng)電碳板主要對(duì)碳板做性能測試。兩者的研發(fā)周期也完全不同：一款新的復(fù)材要進(jìn)入機(jī)型，周期起碼10年；風(fēng)電碳梁通常1～2年完成，兩者的附加值大不相同。

由此可見，工業(yè)碳纖維的工藝開發(fā)思維，應(yīng)該學(xué)習(xí)風(fēng)電碳梁的模式，而不是機(jī)械借鑒航空航天復(fù)材（盡管人類的復(fù)合材料技術(shù)體系主要由航空航天構(gòu)建）。風(fēng)電碳梁的工藝主要為預(yù)浸料鋪貼、多軸織物灌注和拉擠板拼粘。預(yù)浸料鋪貼顯然是航空航天的思路，結(jié)果證明效率低下，孔隙率幾乎不可控；拉擠板拼粘思路，無論是性能還是成本，無情碾壓了其他兩種工藝。當(dāng)然，將來也不排除會(huì)有更高性價(jià)比的工藝碾壓拉擠板拼粘工藝。

這對(duì)于汽車、軌道交通是有很強(qiáng)的借鑒意義的。復(fù)合材料的本質(zhì)優(yōu)勢是“一張白紙，任意揮灑”。不要迷信經(jīng)典，要敢于創(chuàng)新。

6.4 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-區(qū)域(10億美元)

（見圖19）

圖19 2020全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-區(qū)域(10億美元）

2020年，中國市場第一次趕超美國，成為全球最大復(fù)合材料市場。這主要是因?yàn)橐咔閷?duì)美國航空航天市場的重挫。

中國復(fù)合材料市場的主要優(yōu)勢：體育器材幾乎占據(jù)全球的90%，這是中國市場的壓艙石；航空航天市場也有一定的規(guī)模，這是激發(fā)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要源泉；風(fēng)電碳梁的收入，幾乎占據(jù)全球市場的60%，這是對(duì)市場的重大貢獻(xiàn)。

除了上述三大分市場，由于我國的工業(yè)門類齊全，在其他市場，如汽車、壓力容器、建筑補(bǔ)強(qiáng)、模塑混配、電子電氣、碳碳復(fù)材、軌道交通…… 均有較大的市場需求，這些應(yīng)用機(jī)會(huì)是極其寶貴的。

在新的國際環(huán)境中，有條件的碳纖維企業(yè)，除了熱賣纖維，還要肩負(fù)一些支持應(yīng)用開發(fā)的責(zé)任，播下一些新的應(yīng)用生態(tài)的種子。各級(jí)地方政府或研究院應(yīng)在碳纖維與應(yīng)用研究領(lǐng)域給予更多的支持。

6.5 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-制造工藝

（見圖20）

圖20 2020全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-工藝（千噸）

2020年，纏繞拉擠工藝第一次超越預(yù)浸鋪放工藝，成為碳纖維世界第一大工藝。盡管有航空航天市場受疫情重挫的原因，但即使幾年后，航空航天市場恢復(fù)到2019年的水平，纏繞拉擠工藝也會(huì)把預(yù)浸鋪放甩在后面。因?yàn)樵摴に嚤澈蟮闹问巧鷻C(jī)勃勃的氣瓶和風(fēng)電市場。

人類在研究復(fù)合材料工藝時(shí)，最早的思維應(yīng)該是“稻草+泥”，這個(gè)思維今天依然在沿用，比如短切塑料增強(qiáng)、長纖維塑料增強(qiáng)、SMC，BMC等工藝；之后，又借鑒了金屬、紡織、建材行業(yè)的思維，建立了預(yù)浸、模壓、預(yù)制體等工藝。其中，纏繞與拉擠可能是復(fù)合材料自有工藝，盡管拉擠與鋁合金、塑料型材有類似的地方。這兩個(gè)工藝的主要特點(diǎn)就是纖維到產(chǎn)品的極簡。相比之下，無論預(yù)浸料鋪貼，還是織物灌注或RTM，步驟繁瑣，過程廢料多。

制約汽車、軌道交通的復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是傳統(tǒng)的工業(yè)思維

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料工藝的本質(zhì)是什么？是一維纖維與基體充分結(jié)合變成致密的三維結(jié)構(gòu)過程。中國復(fù)合材料能否涌現(xiàn)石破天驚的創(chuàng)新？對(duì)于這個(gè)問題千萬不要認(rèn)為我們起步晚、基礎(chǔ)不行、環(huán)境不夠。當(dāng)年臺(tái)灣光男公司發(fā)明的氣囊法制備網(wǎng)球拍，不就打敗了美國一幫用航空復(fù)材思維制作網(wǎng)球拍的大專家嗎？這幾年，維斯塔斯將傳統(tǒng)的拉擠板巧用于風(fēng)電取得了巨大成功。這個(gè)創(chuàng)新有多難？

制約汽車、軌道交通的復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是傳統(tǒng)的工業(yè)思維。 筆者認(rèn)為很多突破并非新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造，更多是“能工巧匠”的創(chuàng)新，這其實(shí)是中國人所擅長的。

6.6 全球碳纖維復(fù)合材料需求-不同基體(10億美元）

（見圖21）

圖21 2020全球碳纖維復(fù)合材料需求-不同基體(10億美元）

筆者發(fā)布這個(gè)圖表，旨在提示大家不要忽略樹脂基及碳基之外的其他基體復(fù)合材料，這些材料也是碳纖維復(fù)合材料大家族中的一員。

除了金屬、陶瓷、水泥等大量的基體材料，氣凝膠也作為新的基體，與各種纖維氈結(jié)合，變成新型的復(fù)合材料。在碳纖維領(lǐng)域，預(yù)氧氈與二氧化硅氣凝膠的結(jié)合，正在創(chuàng)造廣闊的應(yīng)用市場空間；碳纖維氈、石墨氈與碳?xì)饽z的結(jié)合，也將改變很多應(yīng)用。

碳纖維自身也可以是“基體”，將自身的結(jié)構(gòu)與功能“復(fù)合”，與碳納米管、多孔納米碳結(jié)合成“復(fù)合材料”，這些“復(fù)合材料”很可能會(huì)為新能源產(chǎn)業(yè)提供革命性的創(chuàng)新。

2020年，整個(gè)樹脂基材料中，熱塑復(fù)合材料占了大約25%的比例，金額約為37.7億美元。其中，絕大部分為非連續(xù)增強(qiáng)塑料，連續(xù)碳纖維熱塑材料，估計(jì)市場份額為2億美元左右。

6.7 中國樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用（噸）

（見圖22）

圖22 2020中國樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用（噸）

2020年，中國碳纖維復(fù)合材料的總量為75155噸。

2020年，體育復(fù)材的領(lǐng)導(dǎo)地位首次被風(fēng)電大幅度超越，這個(gè)格局會(huì)繼續(xù)延續(xù)下去。風(fēng)電與體育占據(jù)主要市場的格局會(huì)延續(xù)幾年。大約5年左右，“碳碳復(fù)材”與“壓力容器”會(huì)有倍增，會(huì)超越體育市場。

6.8 中國樹脂基碳纖維復(fù)合材料銷售收入-應(yīng)用（億元）

（見圖23）

圖23 中國樹脂基碳纖維復(fù)合材料銷售收入-應(yīng)用（億元）

2020年，全國的碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)值為489.19億元；

這些數(shù)據(jù)，只是根據(jù)賽奧的數(shù)據(jù)模型來計(jì)算的，并未實(shí)際調(diào)查及統(tǒng)計(jì)。

對(duì)于航空航天復(fù)材的產(chǎn)值，本報(bào)告是按結(jié)構(gòu)件來估算的，2020年大約有183億元，首次超越了體育器材，成為最大金額的分市場。

對(duì)于風(fēng)電市場，本報(bào)告是根據(jù)拉擠板和織物來估算的，大約有43億元的收入。

2020年，碳碳復(fù)材市場處于迅猛增長，目前市場嚴(yán)重供不應(yīng)求，下文有詳細(xì)描述。

7 復(fù)合材料應(yīng)用發(fā)展趨勢與展望

7.1 航空航天應(yīng)用市場

（見圖24）

圖24 航空航天碳纖維需求-趨勢（噸）

航空航天市場2020年對(duì)碳纖維的需求量為16450噸。

航空航天市場的分市場份額見圖25。

圖25 2020航空航天碳纖維需求-分市場（噸）

航空行業(yè)分析機(jī)構(gòu)蒂爾集團(tuán)(Teal Group)的數(shù)據(jù)顯示，2020年全球航空客運(yùn)量較2019年下降了約63%；波音及空客大幅度消減了飛機(jī)的產(chǎn)能，其中波音將復(fù)合材料飛機(jī)B787減少到每月10架，2021年可能會(huì)減少到每月6架，此外，波音公司于2020年10月初宣布，它將在2021年關(guān)閉美國華盛頓州西雅圖市的所有787裝配廠，并將其合并到公司在美國南卡羅來納州北查爾斯頓的工廠；空客公司將復(fù)合材料飛機(jī)A350減少到每月6架； 2020年6月，美國東麗復(fù)合材料表示立即中止其在美國南卡羅來納州斯帕坦堡的工廠的運(yùn)營，并大大減少其塔科馬預(yù)浸料工廠的產(chǎn)能。這些行動(dòng)將導(dǎo)致在美國各工廠的勞動(dòng)力減少約25%；美國赫氏第一季度凈利潤同比大降逾四成，宣布新一輪裁員減薪計(jì)劃；綜合判斷，航空航天用碳纖維對(duì)比去年同期減少30%。

基于疫情及航空航天體系復(fù)雜而行動(dòng)緩慢的特點(diǎn)，筆者預(yù)測航空航天市場在2024年或可恢復(fù)到2019年的需求水平。

7.2 風(fēng)電葉片應(yīng)用市場

（見圖26）

圖26 風(fēng)電葉片碳纖維需求-趨勢（噸）

2020年，風(fēng)電市場發(fā)展非常迅猛，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈賺得缽滿盆滿，皆大歡喜。

2020年，從風(fēng)電對(duì)碳纖維的需求看，維斯塔斯依然是主力；其他巨頭，如西門子-歌美颯、GE-LM、Nordex等，均在新的機(jī)型中采用了碳纖維拉擠板制造與測試樣機(jī)。國內(nèi)風(fēng)電有三種工藝并行：預(yù)浸料鋪貼、多軸織物灌注、拉擠板，大多是樣機(jī)驗(yàn)證階段，在2020年還未形成批量需求。三種工藝對(duì)比，拉擠板工藝基本勝出。

在去年的報(bào)告中，筆者曾擔(dān)憂“搶裝潮”之后的萎縮，以及疫情對(duì)風(fēng)電的沖擊。然而“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的確定，推動(dòng)風(fēng)電行業(yè)發(fā)布《風(fēng)能北京宣言》：“在‘十四五’規(guī)劃中，須為風(fēng)電設(shè)定與碳中和國家戰(zhàn)略相適應(yīng)的發(fā)展空間：保證年均新增裝機(jī)5000萬千瓦以上。2025年后，中國風(fēng)電年均新增裝機(jī)容量應(yīng)不低于6000萬千瓦，到2030年至少達(dá)到8億千瓦，到2060年至少達(dá)到30億千瓦?！被诒本┬?，幾乎每家風(fēng)電廠及葉片廠均考慮擴(kuò)大產(chǎn)能。

幾年前，“球”在國內(nèi)風(fēng)電巨頭的腳下，碳纖維行業(yè)不停地催“趕緊踢出來??！”從2021開始，“球”到了碳纖維行業(yè)的腳下，風(fēng)電巨頭會(huì)更加急迫地催促：“趕緊踢出來，你們碳纖維不出產(chǎn)能，我們怎么敢規(guī)劃數(shù)萬噸的葉片需求？”

7.3 體育休閑應(yīng)用市場

（見圖27）

圖27 體育休閑碳纖維需求-趨勢（噸）

體育休閑市場十年來的需求發(fā)展情況如下，2020年的需求量為15400噸。

體育市場的分市場份額見圖28。

圖28 2020體育碳纖維需求-分市場（噸）

疫情之下，群體運(yùn)動(dòng)的碳纖維器材，如曲棍（冰）球桿、滑雪桿等，有較大幅度的下滑；而個(gè)人運(yùn)動(dòng)休閑的器材反而上升，主要有高爾夫球桿，自行車及釣魚竿。另外，歐美這些年一直流行健康、綠色出行，對(duì)電動(dòng)自行車也有較大的需求增長。

7.4 汽車應(yīng)用市場

（見圖29）

圖29 汽車碳纖維需求-趨勢（噸）

之前的報(bào)告反復(fù)提醒了全壽命周期的輕量化價(jià)值的概念；碳纖維復(fù)材從F1賽車到從超級(jí)車、超豪華車逐步擴(kuò)大應(yīng)用的規(guī)律與趨勢。在輕量化價(jià)值的計(jì)算中，除了節(jié)能降本的常規(guī)價(jià)值，綠色環(huán)保成本是一個(gè)因潮流而動(dòng)的較大變動(dòng)成本。

2020年在汽車復(fù)材領(lǐng)域，主要有如下大事：一是代表美國汽車復(fù)材應(yīng)用水平的通用汽車，推出雪佛蘭C8汽車，其中最醒目的是車架部分材料弧形拉擠的碳纖維復(fù)合材料型材，另外還有部分玻碳混合的復(fù)合材料零件。2020年德國西格里分別與寶馬集團(tuán)、中國蔚來汽車及北美一汽車公司批量制造電動(dòng)汽車電池盒。2021年3月，廊坊的飛澤復(fù)材為蔚來ES6碳纖維（中國第一款批量采用碳纖維的車款）制造的5萬套后地板下線。

關(guān)于燃料電池的氣態(tài)擴(kuò)散層GDL,國內(nèi)目前有武漢理工、大化所、上海河森、江蘇氫電、濟(jì)平新能源、深圳南科、沈陽華天鑫等單位在從事研發(fā)。而國際上的主流廠家是東麗、西格里，以及燃料電氣巨頭巴拉德旗下公司。從GDL的工藝流程看，其中的不少技術(shù)、裝備與碳纖維及復(fù)合材料制備類似，僅從碳纖維紙的專用碳絲供應(yīng)，國內(nèi)就無碳纖維公司涉及。所以，碳纖維產(chǎn)業(yè)要盡快意識(shí)到這個(gè)責(zé)任，投入研發(fā)，不能讓GDL成為氫能源的卡脖子材料。

7.5 壓力容器應(yīng)用市場

（見圖30）

圖30 壓力容器碳纖維需求-趨勢（噸）

2020年，氫能發(fā)展迅速，正在迅速成為各類交通運(yùn)載工具的新能源方式：歐盟宣布了650億歐元的刺激氫能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的計(jì)劃“A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe”。美國加州的Universal Hydrogen正在建設(shè)氫能飛機(jī)的整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，國際壓力容器傳統(tǒng)巨頭動(dòng)作頻繁：

2021年2月，佛吉亞與雷諾集團(tuán)達(dá)成汽車的氫氣儲(chǔ)存的合作協(xié)議。

2021年3月，中集安瑞科控股有限公司宣布旗下全資附屬公司CIMC Hydrogen Energy與Hexagon Purus HK簽署合資協(xié)議，成立合資公司為中國及東南亞快速增長的高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)市場提供安全、經(jīng)濟(jì)、高效的儲(chǔ)運(yùn)解決方案。

2021年2月份，佛吉亞宣布對(duì)中國高壓氣瓶公司斯林達(dá)大部分股權(quán)的收購。

2020年，國內(nèi)的碳纖維壓力容器發(fā)展紅火，相關(guān)的碳纖維供不應(yīng)求。7月份，氣瓶安全標(biāo)準(zhǔn)化與信息工作委員會(huì)發(fā)布了車用四型氣瓶團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿，這是行業(yè)發(fā)展的重要事件，希望該標(biāo)準(zhǔn)盡快完成。2020年12月，斯林達(dá)車用IV型儲(chǔ)氫瓶通過“三新”評(píng)審，成為國內(nèi)首家通過“三新”評(píng)審的車用壓縮氫氣塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶制造廠家。

高壓氫氣瓶的核心技術(shù)在于塑料內(nèi)膽及碳纖維纏繞，其主要成本取決于碳纖維的成本。目前，很多氫氣瓶企業(yè)對(duì)碳纖維的戰(zhàn)略意義認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足。以為這是市場化的產(chǎn)品，有錢就可以買到。目前各企業(yè)需求量小，僅為數(shù)百噸，確實(shí)不是問題；但是當(dāng)需要達(dá)到萬噸時(shí)（今后10年內(nèi)完全可能實(shí)現(xiàn)），碳纖維的性價(jià)比及規(guī)模保障能力，就可能成為氣瓶企業(yè)最核心的競爭力。 所以，各家氣瓶廠應(yīng)以戰(zhàn)略合作伙伴的態(tài)度，與碳纖維企業(yè)深度、長期合作，盡早構(gòu)建培養(yǎng)堅(jiān)實(shí)的核心競爭力。

7.6 混配模成型應(yīng)用市場

（見圖31）

圖31 混配模成型碳纖維需求-趨勢（噸）

混配模成型（Molding＆compound）嚴(yán)格講，不是一個(gè)應(yīng)用市場，而是對(duì)工藝的描述，但由于該工藝橫跨的應(yīng)用多，所以，把它歸類成一個(gè)應(yīng)用，便于說明?；炫洌╟ompound）是指非連續(xù)碳纖維增強(qiáng)塑料，主要包括短切增強(qiáng)和LFT。玻纖D-LFT在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用證明了這種復(fù)合材料形態(tài)的優(yōu)勢。模成型（Molding）主要是指片狀模塑料Sheet Molding Compound-SMC，團(tuán)狀模塑料Bulk Molding Compound-BMC。由于回收碳纖維的加入，讓這些非連續(xù)形態(tài)的，以及非連續(xù)形態(tài)加連續(xù)形態(tài)的混合結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出一定的發(fā)展空間。

從事短切碳纖維增強(qiáng)塑料的，通常是改性塑料企業(yè)，比如SABIC、RTP、POLYONE、COMPTEX、POLYNT、廣東金發(fā)科技等。他們通常是從碳纖維企業(yè)采購短切碳纖維，采用雙螺桿混配造粒，然后再銷售給應(yīng)用單位做注塑成型。

從事碳纖維片狀模塑料的企業(yè)主要有：美國QUANTUM、MAGANA、Ashland、Continental Structural Plastics，德國MENZOLIT等企業(yè)。對(duì)比傳統(tǒng)的玻纖SMC，碳纖維SMC的浸潤性受絲束大小的影響較大，而浸潤性的好壞與力學(xué)性能相關(guān)聯(lián)，目前的碳纖維SMC還沒有實(shí)現(xiàn)其該有的力學(xué)性能優(yōu)勢。

總體上講，這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)主要借鑒于玻璃纖維復(fù)合材料，其重大優(yōu)點(diǎn)是高效低成本的成型工藝（主要是注塑與模壓）。碳纖維與玻璃纖維有較多的不同，還需要研發(fā)更新的技術(shù)，去充分展現(xiàn)碳纖維更優(yōu)的力學(xué)性能，否則很難在性價(jià)比上與同類的玻纖復(fù)材競爭。這個(gè)領(lǐng)域存在著產(chǎn)業(yè)鏈重整的重大機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

7.7 建筑應(yīng)用市場

（見圖32）

圖32 建筑碳纖維需求-趨勢（噸）

建筑市場包含廣義上的工業(yè)民用建筑、道路橋梁、水庫大壩、圍堰碼頭等結(jié)構(gòu)設(shè)施。碳纖維復(fù)合材料在基礎(chǔ)設(shè)施的應(yīng)用中包含：既有建筑及橋梁結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)、管廊設(shè)施的維修養(yǎng)護(hù)、新建建筑的部分構(gòu)件、橋梁纜索、橋面板等。上述應(yīng)用市場中，有80%～90%的碳纖維用于建筑橋梁的補(bǔ)強(qiáng)。加固類碳纖維制品主要包括碳纖維布、碳纖維網(wǎng)格、碳纖維板以及碳纖維筋。

現(xiàn)階段基礎(chǔ)設(shè)施加固材料領(lǐng)域除福瑞斯、西卡、東麗等國外品牌，以上海悍馬為代表的國產(chǎn)品牌正在快速崛起并已被國內(nèi)外市場廣泛認(rèn)可。此外，一些老牌工程材料生產(chǎn)企業(yè)也從傳統(tǒng)的鋼制品、混凝土行業(yè)逐漸向碳纖維制品行業(yè)轉(zhuǎn)型。這些新老企業(yè)向碳纖維行業(yè)的匯聚，極大地推動(dòng)了碳纖維在此領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用。

除作為加固材料出現(xiàn)在土木工程領(lǐng)域，在新建工程中碳纖維制品也逐漸嶄露頭角：

2020年開始建設(shè)的常泰長江大橋，將采用“最大尺度碳纖維復(fù)合材料拉索”；

2020年3月，由法爾勝泓昇集團(tuán)提供碳纖維拉索的三垛西橋整體吊裝；

2020年8月，三亞國際體育產(chǎn)業(yè)園體育場項(xiàng)目索結(jié)構(gòu)張拉提升工程施工全部完成，上下環(huán)索間、內(nèi)環(huán)的交叉索均采用了碳纖維索，這是碳纖維材料在國內(nèi)外首次應(yīng)用于大跨度空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了新材料應(yīng)用的突破；

2020年10月，采用碳纖維拉索興華路跨徒駭河橋開始搭建；

2021年1月，日本東京制鋼株式會(huì)社旗下東京制綱國際公司（Tokyo Rope International）宣布，該公司自主研發(fā)的碳纖維復(fù)合材料纜繩（CFCC）被成功用于美國漢普頓港口公路橋隧道擴(kuò)建工程。

7.8 碳碳復(fù)材應(yīng)用市場

（見圖33）

圖33 碳碳復(fù)材碳纖維需求-趨勢（噸）

2020年，碳碳復(fù)材的三大市場發(fā)展如下：

剎車盤市場。國際知名企業(yè)包括法國的Messier-Bugatti 公司、美國的Honeywell 公司、B.F. Goodrich公司、Goodyer公司和英國的Dunlop公司。中國的飛機(jī)剎車盤生產(chǎn)企業(yè)主要有中航飛機(jī)股份有限公司西安制動(dòng)分公司、博云新材、西安超碼等。該市場發(fā)展平穩(wěn)。

航天部件市場。主要企業(yè)是國內(nèi)航天的相關(guān)院所，碳碳復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能成為大型固體火箭喉襯、發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管、擴(kuò)散段、端頭帽等的首選材料。該市場發(fā)展平穩(wěn)。

熱場部件市場。受“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)推動(dòng)，單晶硅爐訂單暴漲，單晶硅爐內(nèi)主要有碳?xì)止δ懿牧虾哇釄濉⒈赝?、護(hù)盤等碳碳復(fù)材結(jié)構(gòu)材料。國際企業(yè)包括德國的SGL公司、日本的東海碳素公司等；國內(nèi)從事碳碳復(fù)合熱場材料的企業(yè)包括湖南金博碳素、中天火箭、西安超碼、航天睿特、博云新材、中南大學(xué)、南方搏云等。預(yù)制體是碳碳復(fù)材重要的制造環(huán)節(jié)，國內(nèi)的主要企業(yè)包括中材科技南京玻璃纖維研究院、江蘇天鳥高新技術(shù)有限公司、天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所、宜興市飛舟高新科技材料有限公司。

2020最大的熱點(diǎn)是光伏熱場部件的超高速增長，光伏龍頭企業(yè)有隆基、晶科、中環(huán)、晶勝機(jī)電、晶澳等，對(duì)單晶硅爐均有海量的需求。據(jù)國內(nèi)預(yù)制體龍頭企業(yè)江蘇天鳥總經(jīng)理繆云良介紹，國內(nèi)市場2020年增長了100%以上，整個(gè)行業(yè)處于嚴(yán)重供不應(yīng)求的狀態(tài)。

7.9 電子電氣應(yīng)用市場

（見圖34）

圖34 電子電氣碳纖維需求-趨勢（噸）

2020年，電子電氣領(lǐng)域市場平穩(wěn)增長。

首先是功能性應(yīng)用領(lǐng)域：短切碳纖維增強(qiáng)塑料具有防靜電、電磁屏蔽等功能，在復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸電纜接頭等產(chǎn)品早已經(jīng)有成熟應(yīng)用，對(duì)比其他的如炭黑、金屬等類似材料，碳纖維增強(qiáng)塑料的成本降低，會(huì)推動(dòng)這個(gè)市場的穩(wěn)定擴(kuò)展。

力學(xué)增強(qiáng)方面：主要的產(chǎn)品形態(tài)有長碳纖維增強(qiáng)塑料（LFT）和連續(xù)碳纖維增強(qiáng)材料。LFT其實(shí)是一個(gè)介于短切與連續(xù)之間，兼顧了成本與性能的一個(gè)很有前景的產(chǎn)品形態(tài)，但在材料中存在熱塑界面的問題。如何在塑料中保持較長的長度及均勻分散問題，這些技術(shù)難點(diǎn)阻礙了該產(chǎn)品更廣闊的應(yīng)用。連續(xù)碳纖維增強(qiáng)材料，主要是用于輕薄筆記本的殼體，其中有經(jīng)典工藝的熱固殼體，也有熱塑殼體。

2020年，聯(lián)想正式發(fā)布了YOGA Pro 13s Carbon 2021輕薄筆記本，機(jī)身采用了碳纖維和鎂鋁合金材質(zhì)，重量僅966克；VAIO 與東麗合作打造世界首款立體成型碳纖維機(jī)身筆記本電腦，重量低至約958g，還能承受127cm的高度跌落，兼顧剛性及輕量化。電子產(chǎn)品的輕薄化是消費(fèi)者長期的追求。

2020年，液晶平板顯示器生產(chǎn)過程中使用的機(jī)器人輕量化繼續(xù)深化，越來越多的機(jī)器人部件批量使用碳纖維。

熱管理對(duì)于幾乎所有電子電氣行業(yè)（包括電池）都是個(gè)令人頭疼的事，主要存在芯片與高功率器件的散熱問題，傳統(tǒng)解決方式是采用鋁合金、銅箔、石墨板、熱管效應(yīng)、冷水板等；新型的熱管理主要是人工石墨化紙，比如PI膜的石墨化。2020年，美國KULR Technology Group宣稱，他們將碳纖維制備成絨（微纖維平行排列），借助微纖維較大的散熱面積，形成新型的熱管理技術(shù)，據(jù)稱這是他們與NASA成熟應(yīng)用于航天的熱管理技術(shù)，現(xiàn)在正在電池與電子電氣領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

7.10 船舶應(yīng)用市場

（見圖35）

圖35 船舶碳纖維需求-趨勢（噸）

目前，船舶領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求主要是為應(yīng)用于競賽類船舶、超豪華游艇、高速客船及軍事用途的船舶。多年來，除了競賽類船舶不斷追求復(fù)合材料新工藝及新技術(shù)，其他船舶的發(fā)展缺乏熱點(diǎn)。

2020年新冠肺炎疫情非但沒有影響船舶市場，反而使船舶市場的增長創(chuàng)造了新高。其中，水翼船是個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)，而水翼通常由碳纖維復(fù)合材料制成。

除了上述應(yīng)用，“漂浮式風(fēng)電”中所涉及的海工裝備及材料的創(chuàng)新也值得引起重視。深海油田深受國際石油價(jià)格的影響，海上風(fēng)電的前景是明確的，必然會(huì)走向深海，這需要借鑒深海油田的現(xiàn)有技術(shù)，去大力開發(fā)碳纖維復(fù)合材料在其中的應(yīng)用技術(shù)。

7.11 電纜芯應(yīng)用市場

（見圖36）

圖36 電纜芯碳纖維需求-趨勢（噸）

據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)，2020年電纜芯應(yīng)用市場的全球需求是1000噸，對(duì)比2019年有所下滑。

2020年，CTC Global推出了ACCC InfoCore?系統(tǒng)并進(jìn)行首次商業(yè)部署。該系統(tǒng)可快速、準(zhǔn)確地確保ACCC?Conductor的正確安裝。

2019年 12月10日，“內(nèi)蒙古錫盟—山東”特高壓配套工程—大唐錫林浩特電廠1000千伏送出線路正式并網(wǎng)投運(yùn)。這也是目前世界上首條全線路應(yīng)用碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的特高壓工程。由中復(fù)碳芯電纜科技公司制作。

2020年國內(nèi)外電纜芯市場比較平靜，國際上只有少數(shù)幾條新建電網(wǎng)線路采用了復(fù)合材料電纜芯，而國內(nèi)電網(wǎng)只是給出了幾個(gè)省級(jí)電網(wǎng)的改造訂單。

采用類似工藝的碳纖維復(fù)合材料拉索，在2020年有巨大的進(jìn)步。

除了上述的常泰長江大橋、海南三亞體育館，國內(nèi)還有數(shù)個(gè)大橋的設(shè)計(jì)規(guī)劃中安排了碳纖維復(fù)合材料拉索，比如山東聊城興華路徒駭河大橋等。早在2005年，東南大學(xué)呂志濤院士等主持設(shè)計(jì)和修建了國內(nèi)第一座碳纖維復(fù)材索斜拉橋，中冶建筑研究總院岳清瑞院士團(tuán)隊(duì)及清華大學(xué)馮鵬教授課題組對(duì)這個(gè)領(lǐng)域有多年的研究與工程實(shí)踐?？傮w而言，無論是比強(qiáng)度、疲勞壽命及耐腐蝕性，碳纖維復(fù)合材料拉索比鋼索均有巨大的優(yōu)勢，但碳纖維復(fù)合材料的橫向性能較弱導(dǎo)致了錨固的難題。利用碳纖維本身的高強(qiáng)度來形成錨固，索錨一體化碳纖維復(fù)材應(yīng)該是解決這個(gè)問題的好思路。中復(fù)碳芯也是索錨積極開發(fā)者。

7.12 其他應(yīng)用市場

軌道交通

2020年9月，川崎重工向日本四國旅客鐵道公司交付了4臺(tái)采用碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料彈簧的鐵道車輛轉(zhuǎn)向架；2021年1月，首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車及試驗(yàn)線在西南交通大學(xué)九里校區(qū)正式啟用，樣車采用全碳纖維輕量化車體、低阻力頭型，整體重量達(dá)12噸左右，懸浮高度10毫米左右。

在發(fā)展軌道交通復(fù)合材料方面，中國有著世界其他國家不可比擬的綜合優(yōu)勢，而主要的短板還是產(chǎn)業(yè)鏈中低成本碳纖維的供給以及系統(tǒng)研發(fā)能力。這其中，既有軌交體系的應(yīng)用技術(shù)的問題，也有復(fù)合材料領(lǐng)域的創(chuàng)新工藝的問題。可喜的是，2020年，軌交體系與復(fù)合材料體系的聯(lián)合研發(fā)越來越密切，這個(gè)研發(fā)聯(lián)合體的力量會(huì)越來越強(qiáng)大，軌交體系也正在醞釀自身的復(fù)合材料科研體系。

從碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來講，今后3～5年是低成本大絲束碳纖維發(fā)展的黃金年份，數(shù)萬噸碳纖維產(chǎn)能將供應(yīng)市場，軌道交通與相關(guān)的碳纖維及復(fù)合材料企業(yè)如在此基礎(chǔ)上加大研發(fā)與工程實(shí)踐的力度，會(huì)給上述兩個(gè)行業(yè)構(gòu)建一個(gè)無比美好的前景。

碳纖維功能材料

碳纖維的主要功能性應(yīng)用，除了傳統(tǒng)的阻燃材料—預(yù)氧絲、預(yù)氧氈，還有傳統(tǒng)的熱場材料—碳?xì)?、石墨硬軟氈、電熱毯；以及傳統(tǒng)的防靜電、電磁屏蔽材料—短切碳纖維、磨粉增強(qiáng)塑料等等。

新型的碳纖維功能材料主要有：

A.燃料電池的氣態(tài)擴(kuò)散層（GDL）;

B.液流電池的電極材料的碳?xì)郑ㄊ珰郑?/p>

C.替代鉛酸電池的鉛板電極的碳?xì)职澹?/p>

D.替代鋰離子電池的能量密度的多微孔碳纖維材料；

E.預(yù)氧氈+二氧化硅氣凝膠制備的阻燃、靜音、疏水、保溫的多功能材料，可用于電動(dòng)車電池之間的隔離、可用于各類功能建筑、也可用于潛艇、坦克等的靜音材料……

碳纖維功能化的主要趨勢是，在碳纖維這個(gè)微米尺度上的納米化，包括了碳纖維單絲上生長碳納米管，碳納米纖維，在碳纖維的單絲中形成納米孔隙等。這是一個(gè)納米物質(zhì)宏觀化的優(yōu)良途徑，碳纖維的功能應(yīng)用前景極其廣闊，理應(yīng)引起國內(nèi)各種研究機(jī)構(gòu)的高度重視。

8 觀察與思考

8.1 世界碳纖維的版圖

（見圖37）

圖37 世界碳纖維版圖

通過世界碳纖維的版圖，我們可以得出如下幾個(gè)結(jié)論：

傳統(tǒng)七大碳纖維巨頭 （其中卓爾泰克已被東麗收購，變成六大巨頭），已經(jīng)基本完成國際產(chǎn)業(yè)基地的布局，尤其是東麗公司，數(shù)十年間，在日本、韓國、美國、法國、匈牙利、墨西哥完成大小絲束的布局；這些巨頭無論是制備技術(shù)，還是應(yīng)用技術(shù)依然主導(dǎo)著全球碳纖維。

新興經(jīng)濟(jì)體的碳纖維在迅速趕超中，主要競爭者是中國、韓國、土耳其及俄羅斯。除此之外，印度、巴西及沙特等國也蠢蠢欲動(dòng)。在這些競爭者中，顯然中國大陸與土耳其最具備大發(fā)展的重要潛力，但綜合技術(shù)、裝備及應(yīng)用生態(tài)等因素，中國大陸企業(yè)仍是主力軍。臺(tái)塑本是一家歷史悠久的優(yōu)秀碳纖維公司，然而近十年技術(shù)沒有明顯的進(jìn)步，一直處于虧損中，前幾年關(guān)閉了其腈綸裝置，失去了發(fā)展低成本碳纖維的基礎(chǔ)。

碳纖維不同于常規(guī)的化纖產(chǎn)品，體現(xiàn)在制備技術(shù)復(fù)雜程度、產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)復(fù)雜性，以及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)及生態(tài)的構(gòu)建難度。企圖用承接發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移來發(fā)展碳纖維，起碼今后20年時(shí)間是不現(xiàn)實(shí)的。新興國家的碳纖維如何趕超發(fā)達(dá)國家巨頭？這就成為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)思考的重點(diǎn)。

8.2 應(yīng)用市場發(fā)展的總體趨勢

碳纖維的應(yīng)用曾經(jīng)是以航空航天為主驅(qū)動(dòng)的，這些年，已經(jīng)變成了航空航天驅(qū)動(dòng)與工業(yè)用驅(qū)動(dòng)的雙引擎驅(qū)動(dòng)模式。這對(duì)全世界碳纖維的產(chǎn)業(yè)格局已經(jīng)形成了深刻的變化。就在幾年前，大絲束碳纖維企業(yè)還在為生存而掙扎，而這兩年大絲束成了市場的香餑餑。這類企業(yè)不僅成長迅速 （比如卓爾泰克1萬噸產(chǎn)能的擴(kuò)建僅僅用了3年不到的時(shí)間，依然供不應(yīng)求），而且效益也很好，另外由于成本較低，它具有吞噬部分傳統(tǒng)小絲束市場的能力，比如國際上已經(jīng)開始用大絲束纏繞大型氣瓶，提升纏繞效率；國內(nèi)不少廠家采用大絲束制造低成本預(yù)浸料。

綜觀全球的應(yīng)用市場發(fā)展趨勢，我們可以得到如下幾個(gè)明確的方向：

受疫情重挫的航空航天市場依然生命力旺盛。航空航天市場中的民用航空市場，起碼需要3年才可能恢復(fù)到2019年的應(yīng)用數(shù)量，如何在3年內(nèi)處理民用航空不能消化的產(chǎn)能？當(dāng)然，市場復(fù)蘇之后，加上單通道飛機(jī)廣泛采用碳纖維，會(huì)對(duì)這個(gè)市場有激增的作用，很可能會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。疫情之前，東邦與赫氏均看好航空航天市場的前景，在美國巨額擴(kuò)產(chǎn)投資，這兩年，擴(kuò)產(chǎn)建設(shè)的進(jìn)度有所延緩。如果實(shí)力允許，冬天的投入就是為了迎接春天。

風(fēng)電對(duì)碳纖維的劇烈需求將導(dǎo)致碳纖維行業(yè)劇變?！讹L(fēng)電北京宣言》中已經(jīng)有了具體的規(guī)劃，如果按此執(zhí)行，預(yù)計(jì)到2030年風(fēng)電市場需要19萬～20萬噸碳纖維，而當(dāng)前全球需求不過是3萬噸。參與的碳纖維企業(yè)的基本產(chǎn)能需要達(dá)到1萬噸，并具備每2～3年增加1萬噸產(chǎn)能的能力。 在這個(gè)令人炫目的機(jī)會(huì)面前，行業(yè)也要保持冷靜。全球哪些企業(yè)有資格參與其中？哪些企業(yè)能從中獲利？誰又會(huì)成為這廝殺中的烈士？后文會(huì)作出詳細(xì)的分析。但非常明確的是，風(fēng)電市場能培養(yǎng)出國際排名前列的碳纖維巨頭企業(yè)；風(fēng)電市場將驅(qū)動(dòng)碳纖維行業(yè)進(jìn)行一場轟轟烈烈的低成本技術(shù)革命。

氫氣瓶蓄勢待發(fā)，將推動(dòng)碳纖維產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新的高度。近幾年，國內(nèi)外發(fā)布了眾多相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃：

2016年我國工信部發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》：2020年實(shí)現(xiàn)5000輛級(jí)規(guī)模，2025年實(shí)現(xiàn)5萬輛規(guī)模，2030年實(shí)現(xiàn)百萬輛；

如何結(jié)合小絲束與大絲束的各自優(yōu)勢，這將把國際碳纖維產(chǎn)業(yè)推向一個(gè)新的發(fā)展高度

2017年日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省發(fā)布了《氫能基本戰(zhàn)略》，2020年累計(jì)實(shí)現(xiàn)4萬輛保有量新能源汽車，2025年累計(jì)實(shí)現(xiàn)20萬輛保有量，2030年實(shí)現(xiàn)80萬輛保有量；

2019年FCHJU發(fā)布“歐洲氫能路線圖”。2025年實(shí)現(xiàn)30萬輛新能源汽車的年銷量目標(biāo)，2030年實(shí)現(xiàn)130萬輛的目標(biāo)；

2019年美國燃料電池和氫能協(xié)會(huì)發(fā)布《美國氫能經(jīng)濟(jì)路線圖》：2022年達(dá)到50000輛新能源汽車，2025年達(dá)到20萬輛，2030年，在美國道路上有530萬輛（十年發(fā)展的保有量）；

2019年韓國發(fā)布《氫能經(jīng)濟(jì)活性化路線圖》： 2019年普及4000輛新能源汽車，到 2022年普及8.1萬輛，2030年普及180萬輛；

通過對(duì)這些規(guī)劃的匯總，結(jié)論是：2025年，全球燃料電池汽車預(yù)計(jì)銷售100萬臺(tái)；到2030年，全球燃料電池汽車大約300萬～400萬臺(tái)。相應(yīng)的碳纖維需求量：到2030年為18萬噸。

氫氣瓶到底需要怎樣的碳纖維？首先，能上批量的任何零部件，都必須做到最低成本，這是汽車行業(yè)的規(guī)律決定的。否則，其燃料電池汽車就不能與燃油車或電動(dòng)汽車競爭，就不可能有規(guī)模量產(chǎn)。前面提到：美國能源部的技術(shù)路線圖：氫氣瓶儲(chǔ)氫成本需要從現(xiàn)在的15美元/度，降低到8美元/度，換算成碳纖維成本，價(jià)格大約12.6美元/公斤。這個(gè)價(jià)格，就今天的技術(shù)水平，可能也只有卓爾泰克的大絲束碳纖維成本能基本滿足。性能方面，東麗前兩年推出的T720-36K是一個(gè)很好的嘗試，如何結(jié)合高性能+低成本，或者說如何結(jié)合小絲束與大絲束的各自優(yōu)勢，是整個(gè)國際碳纖維行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)，也是重大發(fā)展機(jī)遇。

汽車及軌道交通會(huì)從碳纖維低成本技術(shù)革命中受益。除了上述風(fēng)電與氫氣瓶兩個(gè)應(yīng)用明星，汽車復(fù)材與碳纖維產(chǎn)業(yè)相伴多年，從昂貴的小絲束，到大絲束，當(dāng)?shù)统杀緛砼R的時(shí)候，汽車復(fù)材就被遺忘了，其實(shí)軌道交通也是如此。碳纖維做成拉擠板直接用在風(fēng)電上，汽車與軌道交通的后續(xù)復(fù)合材料工藝多，應(yīng)用技術(shù)難度大，需要研發(fā)出類似拉擠板風(fēng)電的應(yīng)用技術(shù)。之前沒有低成本碳纖維的規(guī)模生產(chǎn)，也不敢投入研發(fā)。汽車與軌道交通對(duì)碳纖維的需求，保守估計(jì)到2030年是9萬～10萬噸。其面臨的重大挑戰(zhàn)是，低成本復(fù)合材料工藝的創(chuàng)造。

不要忽略碳纖維功能材料潛在的巨大市場。除了上述結(jié)構(gòu)性的應(yīng)用，碳纖維還有諸多功能性應(yīng)用，如傳統(tǒng)的靜電、電池屏蔽、熱場材料、耐燒蝕材料…… 在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，另一個(gè)明星—光伏產(chǎn)業(yè)的單晶硅爐需要的碳碳復(fù)材和碳?xì)值葻釄霾牧霞磳⒐┎粦?yīng)求；燃料電池的核心材料之一是碳紙為基礎(chǔ)的氣態(tài)擴(kuò)散層GDL，如果按照2030年300萬臺(tái)燃料電池汽車來估算，大約需要1.5萬噸，數(shù)量不如風(fēng)電及氫氣瓶龐大，但技術(shù)密集度高，價(jià)值斐然；預(yù)氧絲是非常卓越的阻燃材料，在低成本技術(shù)革命洗禮之后，會(huì)有相當(dāng)廣闊的市場空間；碳?xì)值墓δ苄詰?yīng)用，比如液流電池、鉛酸電池的碳極板，將推動(dòng)現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)的提升。這個(gè)市場保守估計(jì)到2030年總體有5萬～6萬噸的需求。（見圖38）

圖38 碳纖維功能材料應(yīng)用市場

總結(jié)：到2030年，航空航天市場：8萬～10萬噸；風(fēng)電：19萬～20萬噸；氫氣瓶及CNG氣瓶：18萬噸；汽車+軌道交通：9萬～10萬噸，功能材料：5萬～6萬噸。所以，我們的結(jié)論是：今后10年，在商業(yè)領(lǐng)域，碳纖維的應(yīng)用主驅(qū)動(dòng)是風(fēng)電等工業(yè)，輔驅(qū)動(dòng)是航空航天業(yè)；從技術(shù)發(fā)展上，依然是航空航天及風(fēng)電等工業(yè)雙驅(qū)動(dòng)，不同領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品規(guī)格各有特色。

8.3 碳纖維產(chǎn)業(yè)的變化趨勢

（見圖39）

圖39 全世界碳纖維廠家的業(yè)務(wù)模式及發(fā)展?jié)撃?/p>

應(yīng)用市場的變化會(huì)對(duì)整個(gè)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻的影響，首先，我們盤點(diǎn)一下全世界目前的碳纖維廠家的業(yè)務(wù)模式及發(fā)展?jié)撃堋?/p>

產(chǎn)業(yè)第一群落——完全的小絲束企業(yè)，航空航天軍工無疑是對(duì)其最有吸引力的市場，如果在這個(gè)市場沒有立足之地，發(fā)展道路會(huì)非常艱難曲折。當(dāng)然可以通過“提速或提束”的方法降低成本，在體育器材、建筑補(bǔ)強(qiáng)、電子電氣等工業(yè)領(lǐng)域找到特定利潤市場。如前所講，一旦有大絲束的充足供應(yīng)，這個(gè)群落會(huì)被嚴(yán)重沖擊。

產(chǎn)業(yè)第二群落—完全的大絲束企業(yè)。這些企業(yè)的裝置基本不能高效地生產(chǎn)小絲束纖維，關(guān)鍵是性價(jià)比很難與第一群落競爭，除非建設(shè)新的生產(chǎn)裝置。他們的重要特點(diǎn)是，在目前的技術(shù)水平中，纖維的成本可做到最低，尤其是原絲的成本。

產(chǎn)業(yè)第三個(gè)群落—有能力或潛力兼顧大小絲束的企業(yè)。比如東邦與三菱，均具備較高水平的大小絲束的能力，至于大批量制備大絲束的潛力，他們不一定具備。目前，國內(nèi)具有大絲束全套技術(shù)的企業(yè)僅有藍(lán)星一家，其技術(shù)上還有一定的提升空間。另外兩家具有較大潛力進(jìn)入大絲束領(lǐng)域的是上海石化及吉林化纖。

腈綸工藝基礎(chǔ)是發(fā)展大絲束碳纖維潛力的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，除非技術(shù)有飛躍發(fā)展，沒有強(qiáng)大的腈綸工業(yè)基礎(chǔ)，就沒有發(fā)展大絲束碳纖維的基礎(chǔ)。盤點(diǎn)一下世界范圍的腈綸基礎(chǔ),既有腈綸基礎(chǔ)，又有多年原絲技術(shù)與積累的企業(yè)如下：

A.中國吉林化纖集團(tuán)，擁有38萬噸腈綸，有超過10年的批量制造原絲的經(jīng)驗(yàn)；

B.土耳其DowAksa，AKSA集團(tuán)擁有31萬噸的腈綸，DowAksa有近10年原絲經(jīng)驗(yàn)；

C.中石化上海石化，16萬噸的腈綸，超過10年的原絲經(jīng)驗(yàn)；

D.東麗旗下的卓爾泰克，在墨西哥與匈牙利擁有9.1萬噸腈綸裝置，已經(jīng)基本改造成原絲裝置了；

E.德國西格里集團(tuán)，一直苦于沒有自己的原絲系統(tǒng)，一直與三菱合作，之前與德國DOLAN腈綸公司合作開發(fā)原絲，不成功，后收購葡萄牙FISIPE（5.5萬噸腈綸），幾年下來，成效似乎不大。

F.三菱集團(tuán)，一直在關(guān)閉腈綸生產(chǎn)裝置，目前只剩下4萬噸產(chǎn)能，大絲束原絲能力很強(qiáng)，一直給SGL有大批量供應(yīng)。

上述具有腈綸基礎(chǔ)的碳纖維企業(yè)，如果從碳化技術(shù)及裝備自主化的角度看，吉林化纖集團(tuán)通過與精功碳纖維的合作，基本掌握了小絲束碳化技術(shù)，并大量采購國產(chǎn)裝備；土耳其通過碳化裝備與歐美的合作，基本掌握了碳化技術(shù)，未來，昂貴的進(jìn)口設(shè)備會(huì)成為他們發(fā)展的短板，他們需要考慮裝備的自主化；上海石化正在開展大絲束碳化設(shè)備的國產(chǎn)化攻關(guān)，有望在1～2年內(nèi)形成自主可控的、全線國產(chǎn)化的大絲束碳化技術(shù)與能力，這個(gè)積累毫無疑問是沉甸甸的，對(duì)未來有深遠(yuǎn)影響；卓爾泰克的碳化設(shè)備基本自產(chǎn)，但技術(shù)與裝備水平很一般，相信東麗會(huì)做出較多的技術(shù)支持；西格里的碳化技術(shù)一流，然而幾乎所有設(shè)備均是從歐美日采購的，原絲是其短板；三菱的大絲束原絲與碳化技術(shù)均是一流水平，但太多腈綸裝置因?yàn)樘潛p而關(guān)閉，會(huì)對(duì)其發(fā)展形成制約。

根據(jù)上面的應(yīng)用市場的總體發(fā)展趨勢可以明確，風(fēng)電、汽車、軌道交通及碳纖維功能性材料，主體上是大絲束以及巨絲束的發(fā)展空間。粗略估計(jì)，2030年有望達(dá)到35萬噸的規(guī)模，這起碼需要70萬噸的原絲。氫氣瓶及CNG氣瓶市場，一定是小絲束與大絲束技術(shù)的融合發(fā)展而形成的新的高強(qiáng)度+低成本的品種，氣瓶的關(guān)鍵成本是碳纖維成本，性能低，厚度就要多，用的纖維重量就大，成本就要更低一些。反之，成本可以用一定性能來彌補(bǔ)。所以，前期，無論是T700-12K、T800-24K,還是T720-36K，這些品種均不能全面滿足規(guī)模氣瓶制造的成本要求。當(dāng)然美好的設(shè)想是40～100K，拉伸強(qiáng)度4.9GPa（T700）或以上性能，用大規(guī)模、低成本的大絲束基礎(chǔ)去發(fā)展高性能可能是路徑之一。該市場到2030年大約需要18萬噸碳纖維、36萬噸原絲。這些工業(yè)用碳纖維的原絲總需求量為106萬噸，而上述與碳纖維有關(guān)聯(lián)的腈綸總產(chǎn)能102.5萬噸。前段時(shí)間，又傳來德國唯一的腈綸企業(yè)DRALON準(zhǔn)備關(guān)閉部分產(chǎn)能的新聞。在發(fā)達(dá)國家，原料有毒性、不盈利的腈綸產(chǎn)業(yè)很難保留。在國際現(xiàn)有的碳纖維技術(shù)發(fā)展水平上，新興國家可能需要去珍惜現(xiàn)有的腈綸裝置，并發(fā)展出一套高效整改腈綸裝置到原絲的系統(tǒng)化技術(shù)。

再來看第一章提出的問題——新興國家的碳纖維如何去趕超發(fā)達(dá)國家？應(yīng)該利用已有工業(yè)基礎(chǔ)及不斷精進(jìn)的原絲技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)、完全自主可控的碳化技術(shù)及裝備，以形成低成本碳纖維技術(shù)體系，滿足正在爆發(fā)的工業(yè)級(jí)碳纖維的需求，成為世界碳纖維產(chǎn)業(yè)重要的風(fēng)景線，與小絲束碳纖維一起，為全球各種應(yīng)用用戶提供更全譜系的產(chǎn)品。這才是這個(gè)偉大材料本應(yīng)為人類作出的貢獻(xiàn)：既可“九天攬?jiān)拢逖笞谨M”，又可“飛入平常百姓家”。

目前世界產(chǎn)能排名前十的是：傳統(tǒng)6巨頭，然后是臺(tái)塑、碳谷+寶旌、中復(fù)神鷹及恒神。具有1萬噸產(chǎn)能的企業(yè)只有5家。而這5家中，除了東麗集團(tuán)，其他廠家并無龐大的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。中國上榜的企業(yè)中，碳谷+寶旌有3萬噸擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，中復(fù)神鷹有1.8萬噸的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃；沒有上榜的，比如吉林化纖總體6萬噸擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，上海石化有1.2萬噸擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，光威有1萬噸擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃?？梢灶A(yù)測：3～5年內(nèi)，全球產(chǎn)能排名會(huì)有劇烈的變化，能進(jìn)入世界前十名的起碼需要萬噸以上產(chǎn)能，中國廠家預(yù)計(jì)有5家企業(yè)入圍前十名。全中國的碳纖維產(chǎn)能有望超過世界產(chǎn)能的50%，成為最大生產(chǎn)國。

8.4 加強(qiáng)中國碳化技術(shù)及裝備的自主可控與發(fā)展

通過上述應(yīng)用趨勢的分析，今后十年，市場需求是旺盛的，通過產(chǎn)業(yè)分析，中國依然擁有強(qiáng)大的腈綸工業(yè)基礎(chǔ)，以吉林化纖和上海石化為代表的腈綸企業(yè)也基本掌握了規(guī)模原絲制備的成套技術(shù)，且各具特色與優(yōu)勢。下一步的工作重心是腈綸與原絲融并發(fā)展，形成一套高效改造系統(tǒng)技術(shù)，伺機(jī)并購與擴(kuò)大版圖。

對(duì)比原絲，碳化方面需要做更多工作，尤其是大絲束碳化的成套技術(shù)。目前，整個(gè)中國，除了藍(lán)星在之前的小絲束體系上的改造，具備了基本的大絲束技術(shù)體系，其他廠家均是典型的小絲束技術(shù)，盡管有些廠家把24K做成了25K。上海石化正在建設(shè)大絲束技術(shù)體系，應(yīng)該是系統(tǒng)完備的、先進(jìn)的大絲束技術(shù)體系。

技術(shù)與裝備自主可控，這不光是“卡脖子”的問題（這已經(jīng)是愈來愈嚴(yán)重的問題），我們更多地是從技術(shù)發(fā)展本身的規(guī)律上去思考的。根據(jù)十多年中國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，筆者發(fā)現(xiàn)一條規(guī)律，越早在技術(shù)及裝備上下大工夫的企業(yè)，效益就越早體現(xiàn)并具備高效益，比如光威復(fù)材、太鋼鋼科、中復(fù)神鷹、中簡科技等。反之，不差錢，動(dòng)輒就進(jìn)口設(shè)備的，反而發(fā)展得緩慢，甚至倒閉，最典型的代表是東北某家企業(yè)，全套歐洲的原絲碳化裝備，進(jìn)口十多年，到現(xiàn)在還沒有開箱。

絕大部分歐美裝備廠家，其實(shí)對(duì)碳纖維的工藝、生產(chǎn)與維護(hù)的理解并不深入。因?yàn)樵谒麄兣c歐美專業(yè)碳纖維公司的業(yè)務(wù)合作中，鑒于對(duì)技術(shù)的保密，這些碳纖維公司只是對(duì)設(shè)備方提出基本要求，設(shè)備到碳纖維廠家后，碳纖維廠家通常會(huì)根據(jù)自己的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)做一定的改造工作，這些反而是技術(shù)的核心。所以，我們經(jīng)常看到一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，一些歐美廠家的設(shè)備，幾十年都是一個(gè)設(shè)計(jì)，極少有改進(jìn)，也極少有高價(jià)值的專利產(chǎn)生。但這并不代表國際碳纖維巨頭自身沒有技術(shù)進(jìn)步，反之，他們在不斷地進(jìn)步。只是不愿意讓設(shè)備廠家知道，擴(kuò)散技術(shù)秘密。

另外，國內(nèi)碳纖維廠家，通過多年使用歐美設(shè)備，也發(fā)現(xiàn)了大量工藝適配性的問題。有些問題對(duì)設(shè)備廠家提出了解決建議，但改造周期長、成本高，最后很多只能自行改造，久病成良醫(yī)，碳纖維企業(yè)自己成為了設(shè)備專家。

裝備領(lǐng)域如何保證技術(shù)不外泄，同時(shí)又有專業(yè)的公司長期耕耘？筆者認(rèn)為，對(duì)于工藝關(guān)聯(lián)度不大的裝備，比如放絲系統(tǒng)、操作平臺(tái)、干燥、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、卷繞機(jī)及焚燒爐，可以全行業(yè)共同來支持?jǐn)?shù)家國內(nèi)專業(yè)企業(yè)的開發(fā)工作，根據(jù)技術(shù)的先進(jìn)性擇優(yōu)選擇；對(duì)于工藝關(guān)聯(lián)度大的裝備，比如氧化爐、碳化爐、表面處理、上漿及中央電控系統(tǒng)等，應(yīng)該采用技術(shù)結(jié)盟的方式來發(fā)展，該聯(lián)盟應(yīng)包括技術(shù)基礎(chǔ)研究、工藝、裝備、工程及應(yīng)用等專業(yè)公司；這樣的機(jī)制，不光對(duì)碳纖維廠家的工藝技術(shù)保密，同時(shí)，讓基礎(chǔ)研究更具實(shí)用價(jià)值，讓裝備開發(fā)廠家認(rèn)真做事，不投機(jī)取巧。另外，當(dāng)這些技術(shù)聯(lián)盟形成之后，一些從開頭就能看到失敗結(jié)局的狂熱投資也會(huì)得到一定的抑制。

全行業(yè)要尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)，加強(qiáng)有技術(shù)含量的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建設(shè)。肆意抄襲是當(dāng)今社會(huì)的巨大問題，在碳纖維領(lǐng)域也廣泛存在。一個(gè)具有專利的裝備技術(shù)，碳纖維廠家與設(shè)備企業(yè)交流幾次，就將其視為自身的技術(shù)，明目張膽地在自己工廠使用，缺乏底線。知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度有其歷史問題，但今天，在碳纖維領(lǐng)域，通過多年的摸爬滾打，我們完全有信心構(gòu)建自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)法律，嚴(yán)厲打擊竊用行為，更有利于行業(yè)的健康發(fā)展。

在碳纖維領(lǐng)域，應(yīng)加強(qiáng)有技術(shù)含量的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的建設(shè)

8.5 復(fù)合材料工藝及應(yīng)用技術(shù)發(fā)展方向

除了低成本的碳纖維需求，前面提到的爆發(fā)增長的應(yīng)用市場，對(duì)復(fù)合材料工藝及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展也有新的要求，即發(fā)展從碳纖維-樹脂-復(fù)合材料工藝-應(yīng)用技術(shù)的低成本產(chǎn)業(yè)鏈。只有產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展，才能讓前面提到的應(yīng)用前景落到實(shí)處。

吸取航空航天復(fù)材的核心精華，不受工藝思維的局限。航空航天是當(dāng)今碳纖維復(fù)合材料的經(jīng)典工藝，很多其他應(yīng)用或多或少都是從中演變而來，其核心是對(duì)性能與品質(zhì)的控制思想，其中既有“積木式”驗(yàn)證體系，也有各工序的嚴(yán)格工藝及檢測手段。但這不代表所有的復(fù)合材料都要遵循從碳纖維-預(yù)浸料-鋪放-熱壓罐致密化與固化-機(jī)加-裝配等復(fù)雜工藝。反之對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，必須去追求“大道至簡”、或者“正道至簡”的新的工藝方法及應(yīng)用技術(shù)，否則，碳纖維即使價(jià)格為零，做成的復(fù)合材料構(gòu)件也會(huì)極其昂貴，很難在工業(yè)領(lǐng)域規(guī)模應(yīng)用。所以，做規(guī)?；瘧?yīng)用，如果還是采用航空復(fù)材經(jīng)典工藝，從開始就已經(jīng)失敗了。其實(shí)，很多業(yè)內(nèi)人士經(jīng)常犯這樣的錯(cuò)誤而不自知，最開始的風(fēng)電葉片，就是借鑒了航空的預(yù)浸料鋪放工藝，居然還有業(yè)內(nèi)人士試圖采用航空的自動(dòng)鋪放工藝，這么長的葉片，僅孔隙率的控制就成為幾乎不可破解的難題了。

考慮復(fù)材工藝自身特點(diǎn)，不要企圖用結(jié)構(gòu)復(fù)雜性設(shè)計(jì)來彌補(bǔ)材料性能。其中最典型的例子是汽車工業(yè)。我們看到汽車計(jì)劃的所有零件沒有一個(gè)是規(guī)整的。每個(gè)鈑金件上，筋條增強(qiáng)、鏤空減重，把一塊普通的鋼板通過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將結(jié)構(gòu)性能做到了極致。這當(dāng)然是汽車結(jié)構(gòu)工程師水平高的表現(xiàn)。然而，如果讓復(fù)合材料也按此復(fù)雜的形狀去制備，就是天大的難題，加強(qiáng)筋怎么鋪放？鏤空的孔把纖維切斷，性能下降，大量的昂貴材料因?yàn)樾螤顝?fù)雜，被浪費(fèi)了30%～40%。這個(gè)針對(duì)金屬鈑金材料的思路，對(duì)復(fù)材來說是不可行的。復(fù)合材料自身的力學(xué)性能非常優(yōu)秀，尤其在確定方向的負(fù)荷情況下，這是現(xiàn)在通用的汽車鋼板完全不能比擬的。復(fù)材有自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)化設(shè)計(jì)，就是在負(fù)荷方向上安排更多的纖維及排列方向，開始就把不承力的部位空置，不用切斷，也不用設(shè)計(jì)螺栓或鉚接點(diǎn)，它可以與周邊零件做成一體。復(fù)材的初始狀態(tài)是一維的纖維，有很多工藝可以讓它成為立體件，不要?jiǎng)虞m就先把其變成一塊“鋼板”，它完全可以不通過板子就直接成為三維結(jié)構(gòu)。近幾年，汽車上用的較為成功的案例是2020年雪佛蘭的弧形拉擠管，作為結(jié)構(gòu)和防撞梁。其他太多的應(yīng)用，都是思維局限在汽車中的冥想。用碳纖維去替代汽車系統(tǒng)的某些零件的思維是沒有多少意義的，因?yàn)榱慵c周邊的關(guān)聯(lián)太多。只有從總體構(gòu)思與設(shè)計(jì)開始，與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員共同參與，擺脫金屬加工慣性思維，才可能打造一臺(tái)真正輕量化且成本可控的新型碳纖維汽車。

業(yè)界可以多想想復(fù)合材料自身的經(jīng)典工藝—拉擠與纏繞，這兩個(gè)工藝時(shí)常為應(yīng)用端立奇功，比如拉擠板工藝在制作葉片梁帽上的應(yīng)用（對(duì)比一下鋪放成50～60mm厚度的預(yù)浸料），比如纏繞鋪放工藝在B787機(jī)身段的應(yīng)用（對(duì)比一下傳統(tǒng)鋁合金蒙皮與桁樑天文數(shù)字的鉚釘）。這兩個(gè)工藝的共同點(diǎn)是，纖維材料或預(yù)浸料直接成型三維結(jié)構(gòu)。希望未來服務(wù)于汽車、軌道交通的工藝思想至簡。

至簡的思想不光覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈，更需要從碳纖維生產(chǎn)開始。在碳纖維的卷繞機(jī)與放絲架的工作中，有個(gè)時(shí)常遇到的問題，業(yè)內(nèi)稱之為“往復(fù)禍害”。碳纖維是通過精密交錯(cuò)卷繞的方式收卷的，任何應(yīng)用必須先放卷，放卷的過程中，絲束在紗錠上往復(fù)行走，這對(duì)后續(xù)的所有工藝均是一種“禍害”，比如拉擠板成型，纖維在其中并非直線的，而是類似于辮子的形狀；比如預(yù)浸料制備過程中分絲梳上的毛絲與毛團(tuán)間隙、疊絲；比如絲束預(yù)浸帶的絲寬變化；均源于這個(gè)“往復(fù)禍害”，紗錠的往復(fù)行為會(huì)一直傳遞到下游。再看碳化線上出來的每根絲幾乎都是同樣絲寬，平平整整的。這樣的絲束狀態(tài)，顯然沒有經(jīng)歷收卷與放卷過程的傷絲，力學(xué)性能達(dá)到最好的狀態(tài)。復(fù)合材料的起始端為什么必須從碳纖維紗錠開始呢？當(dāng)然可以提前到碳化線上。這樣，起碼可以節(jié)約卷繞、紗錠包裝與放卷的成本。

如果繼續(xù)延伸，從碳化線出來的整整齊齊的纖維為什么就不可能成為復(fù)合材料，甚至三維結(jié)構(gòu)呢？答案可能是，之前的單一應(yīng)用太少了，一條碳化線應(yīng)覆蓋多個(gè)應(yīng)用。例如風(fēng)電用碳纖維需要3萬噸，其中大部分是通過拉擠板進(jìn)入風(fēng)電葉片的。這就相當(dāng)于全球，起碼有10條2000噸/年產(chǎn)能的碳化線在為拉擠板服務(wù)。是時(shí)候可以定制“風(fēng)電拉擠板碳化生產(chǎn)線”了，而且，一次需要起碼5條線，沒有基礎(chǔ)的1萬噸產(chǎn)能，風(fēng)電廠家會(huì)認(rèn)為規(guī)模太小。

風(fēng)電碳化線之后，是否還應(yīng)該有氣瓶碳化線、汽車碳化線、軌道交通碳化線？這些都是規(guī)?；氖袌?，可能是未來世界碳纖維產(chǎn)業(yè)的一個(gè)場景。當(dāng)碳纖維生產(chǎn)與復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈高度至簡時(shí)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的成本很可能數(shù)倍下降。這顯然會(huì)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中受到熱烈歡迎。

8.6 碳纖維的回收與再利用

本章節(jié)是與上海交大楊斌教授合作完成的，希望這是一次有益的嘗試，隨著碳纖維行業(yè)的迅速擴(kuò)大，筆者希望與行業(yè)專家合作來完成這份報(bào)告。碳纖維尚有兩大回收難題，第一是碳纖維制備過程中，幾乎50%的原絲質(zhì)量變成了有害氣體并需要昂貴的空氣凈化處理，這些氣態(tài)物質(zhì)如何回收再利用；第二個(gè)便是碳纖維復(fù)合材料的回收與再利用。

碳纖維產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，已經(jīng)形成規(guī)模的回收市場。從原材料到合格產(chǎn)品，碳纖維復(fù)合材料制品在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生大量廢棄物，包括干纖維/織物、固化/未固化預(yù)浸料、復(fù)合材料件的裁邊料、不合格件、測試件、切削邊料以及裝配報(bào)廢料等。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，碳纖維在生產(chǎn)制造過程中的平均報(bào)廢率全球?yàn)?2.4%，我國為20%～25%。報(bào)廢率的差異主要受成型技術(shù)或應(yīng)用領(lǐng)域的影響，傳統(tǒng)的航空航天應(yīng)用的熱壓罐、RTM成型的最高，約50%或以上；手工制作的體育用品領(lǐng)域的最低，約4%～8%。在新型工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中，濕法模壓的較高，為30%～50%；其次是拉擠碳桿、碳板（風(fēng)電）等，成型和裝配報(bào)廢共計(jì)5%～10%；壓力容器用的纏繞成型最低，約2%～3%。值得一提的是工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的這些數(shù)據(jù)一直在動(dòng)態(tài)變化中，隨著技術(shù)進(jìn)步它們還在下降；工業(yè)領(lǐng)域的報(bào)廢率雖然不高，但是報(bào)廢總量很大。目前全球碳纖維復(fù)合材料廢棄物主要以堆放或填埋處理為主。隨著碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展、環(huán)保監(jiān)管的嚴(yán)格化，碳纖維回收成為剛需。

碳纖維回收技術(shù)有待優(yōu)化。熱解是目前唯一可行的工業(yè)化碳纖維復(fù)合材料回收技術(shù)。嘗試開展化學(xué)溶解技術(shù)的研究很多，因受樹脂選擇性和廢液處理高成本的限制，尚無工業(yè)化可能。全球具有碳纖維復(fù)合材料熱解回收工業(yè)裝置和能力的公司分別有ELG（2000噸/年）、日本CFRI（2000噸/年）、德國KarboNXT（2000噸/年）、美國碳轉(zhuǎn)化（2000噸/年）、中國臺(tái)灣永虹（88噸/年微波熱解）、中國復(fù)源新材（1500噸/年）。復(fù)源新材是利用上海交通大學(xué)楊斌教授的技術(shù)于2019年在南通建成的回收工業(yè)裝置，我國也從此有了第一家碳纖維回收公司。目前，復(fù)源新材的回收生產(chǎn)線已經(jīng)順利運(yùn)行22個(gè)月，為國內(nèi)50余家各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)制造公司提供著CFRP回收服務(wù)，主要處理的都是制造邊角廢料，包括百噸以上碳纖維自行車輪圈、三角架，40多萬根廢釣魚竿、球桿、球拍，20萬件蔚來ES6的汽車件成型邊角料和沃爾沃極星超跑汽車試驗(yàn)件、邊角件，百噸以上壓力容器罐、百噸以上拉擠碳板等。

再生碳纖維是一種新材料，其應(yīng)用技術(shù)和市場亟待開發(fā)。目前全球一共有4家公司（ELG、KarboNXT、碳轉(zhuǎn)化、復(fù)源新材）能夠持續(xù)為市場提供三大類再生碳纖維產(chǎn)品：無紡氈、短切、粉。主要應(yīng)用于增強(qiáng)材料或耐磨、保溫、抗靜電、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等功能材料。再生碳纖維的高性價(jià)比、低碳排優(yōu)勢，對(duì)汽車、電子電器、改性工程塑料、土木建筑等行業(yè)的應(yīng)用具有巨大吸引力，尤其在全球倡導(dǎo)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的趨勢下。

然而，再生碳纖維的大規(guī)模應(yīng)用并沒有開始，主要是三方面的原因，一是回收獲得的再生碳纖維中經(jīng)常混雜大量其它纖維、金屬、無機(jī)粉體等雜質(zhì)，分離這些雜質(zhì)需要額外的高成本，極大限制了再生碳纖維的推廣應(yīng)用。二是再生碳纖維是一種非連續(xù)的、蓬松、無漿形態(tài)，與連續(xù)成卷的新碳纖維大相徑庭，因此不能在新碳纖維已有的領(lǐng)域應(yīng)用，必須開拓新的應(yīng)用技術(shù)和市場，并借助跨行業(yè)的知識(shí)和技術(shù)。國外少有的幾個(gè)規(guī)?；偕祭w維的應(yīng)用案例，都是經(jīng)過了艱苦的聯(lián)合創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)過程才得以實(shí)現(xiàn)。三是再生碳纖維產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化與穩(wěn)定性問題，目前國內(nèi)外都缺少標(biāo)準(zhǔn)，令很多大用戶望而卻步。

任重道遠(yuǎn)、需要全行業(yè)及全社會(huì)的大力支持。技術(shù)層面的課題包括：更高效低成本熱解技術(shù)/其他創(chuàng)新回收技術(shù)；再生碳纖維表面無機(jī)微粉分離技術(shù)、再生碳纖維用熱塑性上漿劑的開發(fā)、碳纖維無紡氈預(yù)浸料生產(chǎn)制造技術(shù)、碳纖維無紡氈增強(qiáng)熱固性/熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)制造技術(shù)、再生碳纖維產(chǎn)品性能的質(zhì)量控制和標(biāo)準(zhǔn)研究，碳纖維粉塵對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)的影響、回收再利用技術(shù)的LCA評(píng)價(jià)等經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評(píng)估等。

碳纖維回收再利用剛剛開始跨出半步——只有規(guī)?；厥?，還沒有規(guī)模化再利用，屬于即將誕生的階段，技術(shù)/裝備/供應(yīng)鏈/市場、標(biāo)準(zhǔn)/政策/管理/體系/數(shù)據(jù)庫等都幾乎空白，除了從事回收再利用的企業(yè)要苦練內(nèi)功、快速成長以外，更需要國家、行業(yè)組織及上下游企業(yè)（易回收設(shè)計(jì)制造、場內(nèi)廢棄物丟棄的有序管理等）多投入、引導(dǎo)和扶持。在大規(guī)模碳纖維工業(yè)品的制造報(bào)廢品和使用壽命結(jié)束的報(bào)廢產(chǎn)品源源不斷大量涌入之前，要做的事還有很多，而留給我們的時(shí)間并不長，碳纖維回收再利用迫在眉睫。

特別鳴謝：感謝碳纖維全行業(yè)的參與企業(yè)的高度關(guān)注與支持，大家對(duì)本報(bào)告的數(shù)據(jù)與結(jié)論均作出了非凡的貢獻(xiàn)；感謝中國化纖協(xié)會(huì)各位領(lǐng)導(dǎo)的支持；感謝中國復(fù)合材料集團(tuán)前董事長張定金、中石化上海石化副總經(jīng)理黃翔宇、中國中服陳宇航等一批業(yè)界同仁無私分享行業(yè)信息與思想。