王學彩

（河南永煤碳纖維公司，河南 商丘476000）

隨著碳纖維應用市場的快速發(fā)展，我國碳纖維的市場需求不斷擴大，在國家產(chǎn)業(yè)政策的支持與鼓舞下，碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與產(chǎn)品應用正日益受到業(yè)界的普遍關注[1]。國外碳纖維經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，取得了顯著的成績，國內(nèi)碳纖維雖然也在同一時期開始研究，但由于種種原因，進展緩慢，嚴重制約了國內(nèi)相關應用行業(yè)的發(fā)展。針對近期國內(nèi)碳纖維行業(yè)發(fā)展動態(tài)，本文對行業(yè)的整體發(fā)展趨勢與國外成功發(fā)展模式進行對比分析，旨在為國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供一定的參考。

1 國內(nèi)外碳纖維產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展動態(tài)

1.1 世界碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢

碳纖維是一種具有多種突出性能的特殊纖維材料，廣泛用于航空航天、國防科技及民用工業(yè)的各個領域。全球碳纖維主要集中在9家大型生產(chǎn)企業(yè)，包括日本的東麗 （Toray）、東邦（Toho） 和三菱 （Mitsubishi）， 美國的 Zoltek （卓爾泰克，2014年被東麗收購）、Hexcel（赫氏）、Cytec（蘇泰克），德國SGL（西格里），中國臺灣的臺塑集團，以及土耳其的AKSA （阿薩克）[2]。

2014年全球碳纖維總產(chǎn)量約為10萬t，主要分布情況如圖1。

圖1 2014年世界碳纖維產(chǎn)能分布

自2008年以來，全球碳纖維市場需求以每年10%～15%的速率增長，在汽車輕量化和風能市場快速增長的驅(qū)動下，這種高速增長的需求將會持續(xù)發(fā)展，預計2020年全球碳纖維需求量將達150 000 t。2008～2015年全球PAN碳纖維產(chǎn)量及預測如圖2。

圖2 2008～2015年全球PAN基碳纖維產(chǎn)量及預測[3]

從2008年開始，世界各大碳纖維企業(yè)明顯加快了碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，具體表現(xiàn)如下。

2014年2月，日本東麗株式會社收購全球最大的大絲束碳纖維生產(chǎn)企業(yè)Zoltek，并對Zoltek的匈牙利工廠、墨西哥工廠進行大規(guī)模擴建。其中，墨西哥工廠計劃于2016年4月擴建完成，預計實現(xiàn)大絲束碳纖維產(chǎn)量翻番，達到5 000 t/a?？紤]到未來的市場情況，Zoltek計劃到2020年將整體產(chǎn)量從目前的13 000 t/a提高到 26 000 t/a。

日本東邦公司，2008年5月在日本三島建成一條2 700 t/a的生產(chǎn)線，2009年8月在德國投產(chǎn)另一條l 700 t/a的生產(chǎn)線，經(jīng)過快速擴張，東邦Tenax公司從2008年的11 800 t增至2010年的13 500 t。為拓展產(chǎn)品應用市場，東邦公司與空中客車公司、通用汽車公司建立了廣泛的合作關系。

三菱麗陽公司憑借自身合成纖維和合成樹脂領域技術優(yōu)勢，積極發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)。2007年在日本豐橋工廠投產(chǎn)了一條產(chǎn)能2 200 t/a的生產(chǎn)線，隨后在大竹廠另建一條2 700 t/a的生產(chǎn)線。至2010年三菱麗陽碳纖維總產(chǎn)能達到12 300 t/a。其中，大絲束產(chǎn)能10 300 t/a，小絲束產(chǎn)能2 000 t/a。

土耳其AKSA公司第一條碳纖維生產(chǎn)線年產(chǎn)1 500 t于2008～2009年度建成投產(chǎn)，2011年11月進行改進，使產(chǎn)量從1 500 t/a提高至1 800 t/a(以12K計算)；2012年7月建成第二條碳纖維生產(chǎn)線，單線產(chǎn)能1 700 t/a(以12K計算)，憑借全球產(chǎn)量第一的腈綸生產(chǎn)優(yōu)勢，AKSACA將腈綸產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢轉(zhuǎn)向更具發(fā)展前景的碳纖維產(chǎn)業(yè)，其目標是到2020年旗下碳纖維產(chǎn)能達到世界總產(chǎn)能的十分之一。

美國赫克塞爾公司 （Hexcel），2007年新增產(chǎn)能3 000 t/a，使其總產(chǎn)能達到7 270 t/a，主要客戶面向商用飛機、航天、國防及戰(zhàn)略工業(yè)應用。

1.2 國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況分析

2010年，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)能力僅占世界高性能碳纖維總產(chǎn)量的0.4%左右，碳纖維需求嚴重依賴進口，2012年1月，國家工信部公布了新材料 “十二五”規(guī)劃，碳纖維 “十二五”規(guī)劃產(chǎn)能為1.2萬t/a。

據(jù)中國報告大廳機構數(shù)據(jù)顯示，過去幾年國內(nèi)市場碳纖維需求量保持15%以上的增速，2013年增幅較快，比2012年大幅增加40.7%。截至2014年底，國內(nèi)從事碳纖維生產(chǎn)的企業(yè)共有39家，碳纖維總產(chǎn)能達到14 000 t，實際產(chǎn)量約2 650 t，主要為T300級碳纖維。由于國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)成本居高不下，絕大多數(shù)企業(yè)虧損嚴重，極少數(shù)企業(yè)依靠少量軍工訂單維持生存。因而大多數(shù)企業(yè)只能減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，造成國內(nèi)碳纖維實際產(chǎn)量遠低于設計產(chǎn)能。圖1所示為2014年國內(nèi)產(chǎn)能排名前10位的碳纖維企業(yè)及其生產(chǎn)規(guī)模。

圖3 2014年國內(nèi)產(chǎn)能排名前10位的碳纖維企業(yè)及規(guī)模

2 國內(nèi)碳纖維發(fā)展存在的問題

2.1 產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式存在問題

國外碳纖維生產(chǎn)企業(yè)與汽車、航空航天等碳纖維的重要應用領域生產(chǎn)商建立了廣泛的合作開發(fā)和穩(wěn)定的供求關系，建立了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。而我國碳纖維產(chǎn)業(yè)在科研、生產(chǎn)、應用方面相互脫節(jié)。往往產(chǎn)品研發(fā)出來之后還不知道能應用到哪方面，到底怎么用，用在什么部件上，更不清楚。國外碳纖維的生產(chǎn)與科研院所、裝備和產(chǎn)業(yè)應用緊密結合在一起，例如，日本東麗公司，以應用為焦點，將旗下航空復合材料研發(fā)中心設在美國波音公司附近，便于密切合作。而我國碳纖維行業(yè)科研、生產(chǎn)、應用三個環(huán)節(jié)各自為政，相互脫節(jié)，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈模式，迫切需要建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈并促進其協(xié)調(diào)發(fā)展[4]。

同時，行業(yè)內(nèi)部企業(yè)之間相互保密、處處設防，包括最基本的技術也列入保密范圍，唯恐其它企業(yè)躋身碳纖維行業(yè)并超越自己。造成的后果是，企業(yè)之間相互制約，限制同行的同時，也封閉了自己。使原本非常有限的研究資源不得不重復投入到漫長的基礎實踐研究過程中，錯失了良好的發(fā)展機遇，造成企業(yè)人力、物力資源的浪費。

2.2 關鍵技術落后，成本過高

碳纖維是一種新型高科技材料，其發(fā)展應用需要與下游市場接軌，最終需要得到用戶的認可。由于行業(yè)技術落后，雖然國內(nèi)碳纖維企業(yè)眾多，但基本上沒有核心競爭技術，低水平重復建設嚴重。受自身技術水平限制，產(chǎn)品成本居高不下，質(zhì)量穩(wěn)定性差，造成產(chǎn)品市場認同率低。與國外產(chǎn)品相比，國產(chǎn)碳纖維需求冷淡，而進口產(chǎn)品供不應求。這種現(xiàn)狀導致國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模無法擴大，反過來限制了成本的下降，使各企業(yè)虧損嚴重。

2.3 工程實踐創(chuàng)新能力不足，技術設備更新滯后

國內(nèi)碳纖維行業(yè)大多采用引進、聯(lián)合的技術發(fā)展路線，高?；蚩蒲性核鶕碛行酆竦募夹g實力，通過轉(zhuǎn)讓或合作的方式實現(xiàn)國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)化。但從實驗室到產(chǎn)業(yè)化過程力量薄弱，特別是產(chǎn)業(yè)化過程中關鍵設備的設計制造能力不足，相關工藝技術及設備研究人才缺乏，創(chuàng)新能力嚴重不足[5]。這也是國內(nèi)碳纖維企業(yè)長期以來技術發(fā)展緩慢，質(zhì)量無法突破，經(jīng)營難以為繼的一個重要原因。

2.4 產(chǎn)業(yè)結構單一、缺乏整體布局和規(guī)劃

碳纖維產(chǎn)業(yè)結構的單一性表現(xiàn)之一在于產(chǎn)業(yè)鏈短。國內(nèi)碳纖維相關企業(yè)以碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)為主，主要集中在聚丙烯腈原絲和碳絲的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。有些企業(yè)僅生產(chǎn)原絲，一旦市場需求降低，企業(yè)就面臨停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)的局面。表現(xiàn)之二在于工藝技術單一。國內(nèi)碳纖維企業(yè)自從吉林碳化公司采用硝酸法失敗后，全部轉(zhuǎn)向二甲基亞砜法，具體分二甲基亞砜濕紡法和二甲基亞砜干濕紡法兩種，其中前者占90%以上。呈現(xiàn)出明顯的單一性產(chǎn)業(yè)結構。同時，產(chǎn)業(yè)結構的單一性還表現(xiàn)在產(chǎn)品構成上，目前國內(nèi)碳纖維企業(yè)只能生產(chǎn)小絲束規(guī)格碳纖維，而且主要集中在1K～12K范圍，對市場前景更好的24K及更大絲束型號，尚不具備相關技術。以GQ3522高強型碳纖維 （相當于東麗公司T300）為例，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)的單線產(chǎn)能最高1 000 t/a（以12K當量計），規(guī)格集中在12K以下，而24K及以上碳纖維尚無產(chǎn)品上市。

由于產(chǎn)業(yè)結構單一，使得各企業(yè)集中力量專攻碳纖維生產(chǎn)這一具有標志性的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，造成產(chǎn)業(yè)鏈短、結構單一。做上游碳纖維的不了解下游復材使用要求，不熟悉市場應用，而做下游的也不清楚上游生產(chǎn)情況，兩者嚴重脫節(jié)，無法形成溝通順暢、清晰、完整的產(chǎn)業(yè)鏈。表現(xiàn)在決策層面上，屬于戰(zhàn)略規(guī)劃不合理，缺乏整體布局。國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模普遍偏小，根本無法拉長產(chǎn)業(yè)鏈，究其原因仍然是關鍵環(huán)節(jié)技術不過關，制約了行業(yè)的整體發(fā)展。

2.5 國際行業(yè)巨頭蓄意打壓，國內(nèi)企業(yè)發(fā)展舉步維艱

從全球范圍來看，國際市場對華銷售碳纖維產(chǎn)品的價格總體呈下降趨勢。2010年12K的T300產(chǎn)品市場價為24萬元/t，2012年價格大幅降低至12萬元/t。國產(chǎn)碳纖維剛剛走向市場，便遭到國外產(chǎn)品的價格打壓。

目前，受國外低價傾銷和惡意競爭的影響，國內(nèi)碳纖維企業(yè)基本處于全線虧損狀態(tài)。國內(nèi)每生產(chǎn)1 t碳纖維就要虧損3～4萬元，大部分企業(yè)只好大幅減產(chǎn)，甚至停工停產(chǎn)。從碳纖維的成本與應用來看，國外產(chǎn)品價格的大幅跳水明顯有悖常理，其背后隱藏著打壓我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的深刻動機。

3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的出路

3.1 提升自主創(chuàng)新能力，培育應用市場

（1）整合技術力量，走產(chǎn)業(yè)聯(lián)合的道路，集中精力突破關鍵技術。對目前制約碳纖維發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，如碳纖維生產(chǎn)中的原絲制備技術，要加大投入，實行產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，進行技術交流與共享，迅速突破關鍵技術，形成具有競爭力的核心技術。從行業(yè)巨頭東麗公司的碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展軌跡可以看出這一發(fā)展思路。

日本東麗公司最初只是一個生產(chǎn)傳統(tǒng)紡織面料纖維的生產(chǎn)商，包括腈綸，即一種PAN原絲。到1963年PAN原絲作為最佳碳纖維前驅(qū)體被發(fā)現(xiàn)時，東麗公司意識到碳纖維行業(yè)的巨大發(fā)展商機。隨后東麗與東邦、旭化成等利用PAN原絲專利技術，建成小型試驗工廠，T300初級碳纖維從此誕生。

碳纖維市場的快速發(fā)展使日漸萎縮的腈綸紡織工業(yè)迎來了發(fā)展的機遇，可以為腈綸生產(chǎn)商提供持續(xù)的盈利能力。1970年美國聯(lián)合碳化物公司與東麗簽署了一份合作協(xié)議，聯(lián)合碳化物公司獲得東麗的原絲技術，東麗公司獲得聯(lián)合碳化物公司的碳化技術。東麗碳纖維業(yè)務從此爆發(fā)。并將碳纖維應用鎖定在高爾夫球桿等體育休閑領域，公司的市場份額開始不斷擴大。

1973年東麗公司在日本愛媛縣建造了一個60 t/a規(guī)模的小型工廠，并引進了相應的預浸料和編織設備，1974年建立Toraca市場部。在20世紀70年代后半期，隨著石油價格的上漲，航空工業(yè)波音和空客公司開始尋找輕質(zhì)增強材料，以減少油耗，為東麗公司打開了另一個市場之門。1975年，東麗碳纖維成功地應用在波音737的次承力部件，標志著東麗與波音這兩家公司超長合作期的開始。1987年波音與聯(lián)合碳化物公司合作到期，東麗公司不再借助聯(lián)合碳化物公司的代理，轉(zhuǎn)向自行銷售公司自產(chǎn)的碳纖維。1990年，東麗研究出一種新的高強高模碳纖維預浸料，在波音777飛機的主承力部件上獲得應用，并一舉站穩(wěn)美國市場，取得行業(yè)領先地位。

（2）創(chuàng)新發(fā)展思路，找準行業(yè)應用突破點。除了技術的完善提升外，企業(yè)的發(fā)展思路非常重要，關鍵是要找準應用突破點。針對國內(nèi)碳纖維技術水平，T300級碳纖維已能滿足市場要求，實行規(guī)?；慨a(chǎn)。此時，應在此基礎上拓寬應用，提高企業(yè)的生存能力。如碳纖維復合材料在土木工程中的應用，即是我國碳纖維應用發(fā)展的一條新路徑。據(jù)統(tǒng)計，國產(chǎn)碳纖維每年有40%用于建筑結構的加固和補強，因此從某種意義上講，與航空、能源和體育休閑領域相比，碳纖維在土木工程領域的應用更具前景。

利用碳纖維材料的耐腐蝕性和冷熱穩(wěn)定性，開發(fā)碳纖維復合材料的海洋 （海港）環(huán)境應用，能有效解決海洋開發(fā)過程中海水腐蝕這一重要問題。當前我國按照 “一帶一路”的發(fā)展思路，海洋資源的開發(fā)正迎來重要的發(fā)展機遇期。

（3）大力支持低成本碳纖維制備技術及復合材料應用研究，促進碳纖維在汽車、風力葉片、航空，石油開采、電力輸送電纜等領域大規(guī)模使用。

3.2 積極開拓下游市場，以應用促發(fā)展，以市場主導發(fā)展

針對行業(yè)存在的問題，我國發(fā)展碳纖維的思路正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。以前國家主要支持碳纖維產(chǎn)品的生產(chǎn)，現(xiàn)在則更傾向于支持應用的發(fā)展，希望把應用領域做大之后，反過來促進生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。

2013年10月，工信部印發(fā)了 《加快推進碳纖維行業(yè)發(fā)展行動計劃》[6]?！队媱潯访鞔_提出，我國發(fā)展碳纖維要堅持產(chǎn)業(yè)發(fā)展與下游應用相結合的原則?！队媱潯诽岢鲋攸c組織實施的四大行動中就包括了下游應用拓展行動，并明確了具體目標和路徑。

首先，保障國家重大工程需求。圍繞航空航天、軍事裝備、重大基礎設施等領域?qū)Ω叨颂祭w維產(chǎn)品的性能要求，建立完善上下游一體化協(xié)作機制，保障供應性能優(yōu)越、質(zhì)量穩(wěn)定的碳纖維產(chǎn)品。完成碳纖維復合材料在民用航空航天領域關鍵結構件的應用驗證，達到適航要求。加快碳纖維復合材料在跨海大橋、人工島礁等重大基礎設施中的示范應用。

其次，擴大工業(yè)領域應用。重點圍繞風力發(fā)電、電力輸送、油氣開采、汽車、壓力容器等領域需求，支持應用示范，引導生產(chǎn)企業(yè)、研究設計機構與應用單位聯(lián)合開發(fā)各種形態(tài)碳纖維增強復合材料、零部件及成品，加快培育和擴大工業(yè)領域應用市場，帶動相關產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，保障戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。

第三，提升服務民生能力。加大碳纖維在建筑補強領域的應用范圍，提高建筑安全系數(shù)；繼續(xù)做大做強碳纖維體育休閑產(chǎn)品，滿足民眾對文化體育生活的需求；積極開拓碳纖維產(chǎn)品在安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、節(jié)能環(huán)保等領域的應用，不斷滿足經(jīng)濟和社會發(fā)展需求。

3.3 加強頂層設計，從國家層面支持和推動碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈建設，形成碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)集群，鏈接上下游企業(yè)。

（1）建立中國的復合材料數(shù)據(jù)庫，進而納入全球的復合材料數(shù)據(jù)體系。碳纖維的價值在其復合材料的應用，只有將碳纖維加工成復合材料才能真正用于工業(yè)產(chǎn)品，才能拓展自身的價值。這一切都離不開完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈建設。

（2）支持重大應用示范工程，提高各個領域?qū)μ祭w維復合材料的認知程度。

（3）建立重大國家研究中心及行業(yè)共享機制，共享國家投入產(chǎn)生的科研成果，避免低水平重復研究。

（4）培養(yǎng)碳纖維裝備開發(fā)、復合材料結構設計、工藝設計、熟練技師等各類人才，為行業(yè)技術的持續(xù)創(chuàng)新儲備人才資源。

4 結語

綜上所述，經(jīng)過最近十年的快速發(fā)展，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)在品種和規(guī)模上取得了突破性的進展，但與國外相比差距仍然較大，仍難以滿足國內(nèi)相關行業(yè)快速發(fā)展的需要，主要表現(xiàn)在三個方面：

（1）材料的生產(chǎn)成本過高，嚴重制約了產(chǎn)品的推廣應用。我國碳纖維產(chǎn)業(yè)要想實現(xiàn)大發(fā)展，材料本身的突破及低成本化將是當務之急。今天，我國碳纖維產(chǎn)能已經(jīng)具有一定的規(guī)模，要想實現(xiàn)從產(chǎn)能到產(chǎn)量的同步提升，首先應通過技術進步，不斷改進工藝技術并提高產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)生產(chǎn)的高效、節(jié)能和低成本化。一方面，要不斷消化和吸收國內(nèi)外先進技術，分析差距，切實解決生產(chǎn)技術瓶頸。另一方面，要加強科技創(chuàng)新，提高企業(yè)自身的核心競爭力。要積極開發(fā)性價比更優(yōu)的碳纖維新品種，開發(fā)技術先進、使用快捷和低成本的復合材料成型技術，并形成自己的專利技術，逐步搶占國內(nèi)、國際市場份額。

（2）碳纖維產(chǎn)業(yè)結構相對單一，未能形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。國內(nèi)碳纖維相關企業(yè)大多偏向碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)，主要集中在聚丙烯腈原絲和碳絲的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對后續(xù)復合材料深加工及應用投入較少，工程實踐經(jīng)驗不足。

（3）應用市場開發(fā)不足。隨著航空航天、能源裝備、交通運輸、建筑工程、體育休閑等各個領域相關技術的發(fā)展，碳纖維復合材料以其優(yōu)異的性能越來越受到業(yè)界的廣泛關注，市場潛力空前巨大。通過對原絲及其碳纖維的集中攻關，我國已基本撐握碳纖維核心技術，在此基礎上，開展應用研究和新興市場開發(fā)，密切用戶合作，使碳纖維產(chǎn)品得以迅速商品化不失為一種更加符合市場發(fā)展的明智舉措。特別是在國內(nèi)碳纖維企業(yè)激烈競爭、舉步維艱的關鍵時刻，這一點更顯得尤為重要。

[1] 肖嵐.全球碳纖維產(chǎn)業(yè)的SCP分析 [J].科技與管理， 2013， 15 （1） :24-29.

[2] 馬祥林，任婷，段曉松，等.全球PAN基碳纖維產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J].紡織導報，2014(12):44-46.

[3] 羅益鋒，羅晰.改變中的全球碳纖維產(chǎn)業(yè)格局 [J].新材料產(chǎn)業(yè)， 2012（2）:2-5.

[4] 張曉君，趙淑玲.中國碳纖維之囧 [J].中國石油石化， 2013(24):48-49.

[5] 余黎明.我國碳纖維行業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析 [J].化工新材料， 2011（6）:13-21.

[6] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.加快推進碳纖維行業(yè)發(fā)展行動計劃 [Z].2013-10-22.