2020年碳纖維民用航空應用領(lǐng)域遭遇重挫，其他領(lǐng)域強勁補充，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勁增了長29%。面對產(chǎn)業(yè)的勃勃生機，中國碳纖維企業(yè)如何在材料與應用端突破，實現(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，飛機訂單大量減少，直接導致對航空復材需求的大幅度降低。在體育用品市場方面，網(wǎng)球、冰雪、部分水上項目等群體運動的器材應用下降，由于個人休閑時間增多，高爾夫、自行車、釣魚等個體體育運動的器材應用則不降反升。風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，但其他市場的強勁補充，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“碳達峰、碳中和”目標的推動下，除了能源的供給改變，對其存儲、運輸及使用也會有新的節(jié)能減排綜合要求，這不僅會激發(fā)對輕量化結(jié)構(gòu)的需求，也會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%。

面對生機勃勃的碳纖維市場，中國碳纖維企業(yè)應當繼續(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“情懷時代”，擁抱“效益時代”。

1 前言

時至今日，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。

新冠肺炎疫情對經(jīng)濟的負面影響主要波及非固定人群集中活動及相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，民用航空首當其沖，飛機訂單的大量減少，直接導致對航空復材需求的大幅度降低。相關(guān)的主要碳纖維供應商——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。而對于碳纖維器材的影響，網(wǎng)球、冰雪、水上項目等群體運動的器材應用下降，高爾夫、自行車、釣魚等個人運動的器材應用由于個體時間增多則不降反升，總體上，依然保持了2.7%的增長。風電葉片依然保持著勢不可擋的發(fā)展趨勢，其中的關(guān)鍵推動者是丹麥風電巨頭維斯塔斯, 綜合其他廠家的需求，這個市場的增長率在20%。碳纖維其他應用市場，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，市場強勁增長。2020年8月份之后，日本限制碳纖維對華銷售，所有碳纖維廠家均是賣方市場，由于價格不斷提高，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。筆者在此補充三點：1.技術(shù)可靠且具有先進性,盡量避免為行業(yè)制造“負資產(chǎn)”；2. 效益高于情懷,碳纖維的情懷時代已過，現(xiàn)在需要效益；3. 行業(yè)統(tǒng)籌協(xié)作發(fā)展, 當前，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格的限制。發(fā)展自主的技術(shù)、裝備、產(chǎn)業(yè)及應用生態(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、品牌運營、應用創(chuàng)新及消費能力等優(yōu)勢結(jié)合的現(xiàn)有平衡生態(tài)。如果在材料（碳纖維）與應用兩端有所突破，整個產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)鏈就可實現(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“碳達峰、碳中和”發(fā)展目標，對碳纖維產(chǎn)業(yè)將有深遠的影響：新的能源戰(zhàn)略將極大刺激風電、光伏、氫能等再生或新能源的發(fā)展。無論是風電、光伏或氫能，對碳纖維產(chǎn)業(yè)均有舉足輕重的影響。這個戰(zhàn)略除了促使能源供給改變，對能源存儲、運輸及使用也會有新的節(jié)能減排綜合要求，這不僅會激發(fā)對輕量化結(jié)構(gòu)的需求，也會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年疫情對全球碳纖維需求的數(shù)據(jù)統(tǒng)計造成了很大的障礙。為了解決這一問題，筆者根據(jù)應用市場，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交付量，及碳纖維復合材料的主要供應商東麗與赫氏的年度業(yè)績報表，對這個分市場作出將會降低30%的綜合判斷；對于體育領(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灣明安國際、為電動自行車及網(wǎng)球拍代工的臺灣拓凱工業(yè)、為冰球桿代工的波力公司等，綜合判斷，群體運動器材有較大下降；個體運動由于業(yè)余時間增加，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%；風電依然保持強勁增長，無論是維斯塔斯的業(yè)績表現(xiàn)，還是從碳梁供應商江蘇澳盛、光威復材都獲取了同樣的信息。

除了上述三大分市場（占據(jù)整個市場的近60%），筆者還對壓力容器、模塑混配、電子電氣、碳碳復材等分市場領(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)域達到20%的增長；由于單晶硅熱場材料的猛增，碳碳復材全球市場增長了近80%。

通過綜合統(tǒng)計，2020年全球碳纖維的需求量為106860噸，對比2019年的103700噸，增長了3%。這個增長非常不易，當民用航空遭遇重挫，其他市場卻強勁補充，這充分展示了碳纖維產(chǎn)業(yè)的勃勃生機。

2.2 全球碳纖維市場需求-應用（千噸）

（見圖2、表1）

圖2 2020全球碳纖維需求-應用（千噸）

對比2019年的分市場餅圖，其中的重點應用領(lǐng)域依舊是風電市場，保持在20%的強勁增長；遭受重挫的航空航天市場（受影響的主要是民用航空、公務機），用量急劇降低。風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電巨頭企業(yè)，尤其是中國風電企業(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用，全行業(yè)應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-應用（美元）

（見圖3、表1）

圖3 2020全球碳纖維需求-應用（百萬美元）

表1 2020全球碳纖維需求-應用

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%。這是由于高價格的航空航天用碳纖維銷售降低而導致的。

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：

標準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%。這個高比例有三層原因，一是大絲束在風電市場驅(qū)動下的強勁增長，二是小絲束市場受航空航天市場下滑影響，三是部分實為小絲束（比如25K）、但由于供應不足使用大絲束進行替代。今后3年時間，這個份額擴大的趨勢還會延續(xù)。

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

3 全球碳纖維供應

3.1 全球碳纖維理論產(chǎn)能-制造商

（見圖5）

圖5 2020全球碳纖維運行產(chǎn)能及擴產(chǎn)計劃-制造商（千噸）

2020年，筆者依然采用了“運行產(chǎn)能”的概念，主要是統(tǒng)計在實際運行的產(chǎn)能，但這個概念依然不能完全反應出廠家產(chǎn)能的真實情況，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)對其生產(chǎn)線做一定程度的折算（按照12K標準）。這個折算之后，會導致總產(chǎn)能與產(chǎn)出之間出現(xiàn)較大的差距，就可能被誤以為“達產(chǎn)率”落后。從2021年開始，我們會采用“實際產(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，而應該計算為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)之前的報道，帝人集團下的東邦將增加2700噸，赫氏會增加5000噸；目前并無這些擴產(chǎn)完工的報道，預計受疫情影響，會延遲到2021年達產(chǎn)。

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

3.2 全球碳纖維運行產(chǎn)能-區(qū)域

（見圖6）

圖6 2020全球碳纖維運行產(chǎn)能-區(qū)域（千噸）

2019年，筆者分析了不同國家對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（被比利時索爾維集團收購）承擔著美國軍用碳纖維的制造，剩余部分服務于民用。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，布局了龐大的擴產(chǎn)計劃；三菱通過并購美國的GRAFIL碳纖維工廠進入美國市場，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：除了臺灣地區(qū)的臺塑及永虹，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，對比2019年的37840噸，同比增長了29%，其中，進口量為30351噸（占總需求的62%，進口量比2019增長了17.5%），國產(chǎn)纖維供應量為18500噸（占總需求的38%，供應量比2019年增長了54.2%）。2020年的中國市場的總體情況是：供不應求，無論是進口還是國產(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)碳纖維的巨大進步；之前我們預計2025年國產(chǎn)產(chǎn)能超過進口，估計這個超越會提前2～3年實現(xiàn)。

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

4.2 中國碳纖維需求-應用

（見圖8、圖9）

圖8 中國碳纖維需求-應用（噸）

圖9 2020中國/全球碳纖維應用對比（千噸）

上述圖表旨在說明我國應用能力的問題，所以，我們需要剝離風電領(lǐng)域的對外部分。碳纖維的應用技術(shù)絲毫不比碳纖維制備技術(shù)簡單，尤其是航空航天的復合材料技術(shù)體系。在中國碳纖維蓬勃發(fā)展之際，眾多應用企業(yè)應加大研發(fā)力度，趕超先進國家的應用能力。

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個萬噸級碳纖維需求大省，應該是后面數(shù)年不變的格局。

從消費金額來看，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個省市組成的碳纖維需求過億美元俱樂部的格局預計會持續(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”中國的競爭對手了。顯然如果在同一平臺上競技，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、德國西格里以及臺塑、土耳其DowAksa，總量大約為17000噸，主要生產(chǎn)風電葉片以及部分其他用途的拉擠板（如建筑補強、機器人）及重型預浸料。國內(nèi)與之對應的是藍星及碳谷+寶旌，為這個市場提供了大約4000噸碳纖維。在這個領(lǐng)域，卓爾泰克、西格里及藍星是真正大絲束碳纖維企業(yè); 臺塑、DowAksa以及碳谷+寶旌是因為大絲束供給不足，用小絲束提束或并股的替補選手，技術(shù)體系上還依然屬于小絲束。所以，這個領(lǐng)域亟待國內(nèi)企業(yè)攻堅克難，盡快填補巨大缺口。

2020年，由于碳纖維緊缺，總體上，價格行情是走高的（見圖14）。疫情對航空航天市場的重挫，導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)能又因為下半年出口受限而存放倉庫中，這導致國內(nèi)碳纖維的價格大幅度上調(diào)。2020年，小絲束的高價位大約在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（美元/公斤）

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

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行產(chǎn)能-制造商（噸）

近幾年，國內(nèi)產(chǎn)能的統(tǒng)計不斷擠出水分，逐步從“理論產(chǎn)能”到“運行產(chǎn)能”，但2020年依然采用“運行產(chǎn)能”，而非“實際產(chǎn)能”，這二者的區(qū)別就是：“運行產(chǎn)能”依然允許企業(yè)用12K去折算3K的產(chǎn)能，而“實際產(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)真實的“達產(chǎn)率”。

2020年，筆者統(tǒng)計的“運行產(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，實際產(chǎn)能超過了設(shè)計產(chǎn)能；對于正常開車的企業(yè)，達產(chǎn)率通常在65%以上，甚至有企業(yè)已經(jīng)達到90%以上；所以，在這個方面，中國跨越了低達產(chǎn)率的歷史階段，達產(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，他們正在擴產(chǎn)大約15000噸的碳化裝置。當然，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，本報告將對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)展特點是并購、擴產(chǎn)及火熱投資。

其中最主要的是2019年就開始的寶武集團對太鋼集團（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對方大集團旗下江城碳纖維的并購。

擴產(chǎn)幾乎是每家主要碳纖維企業(yè)正在或計劃進行的。其中，比較大型的擴產(chǎn)項目如下：

2019年2月，中復神鷹宣布投資50億元，在西寧建設(shè)20000噸碳纖維的重大擴建工程；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)“萬噸級碳纖維產(chǎn)業(yè)化項目”，該項目進展不是很快，不過光威在威海的項目正在不斷擴產(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噸大絲束碳纖維項目。該項目已經(jīng)在緊鑼密鼓地進行中。

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

除了上述企業(yè)，行業(yè)內(nèi)不少其他企業(yè)也在策劃擴產(chǎn)。除了碳纖維行業(yè)的廠家，行業(yè)外也有一些新進入者，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合材料結(jié)構(gòu)件，該項目正在建設(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合材料等項目。

2020年12月，廣東金輝碳纖維材料科技公司計劃到茂名濱海新區(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劃投資60億元，建設(shè)年產(chǎn)5萬噸碳纖維碳化項目，形成生產(chǎn)經(jīng)營碳纖維原絲、碳纖維碳化、碳纖維、復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，無論是對行業(yè)內(nèi)企業(yè)的擴產(chǎn)，還是對新涌入的投資商，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 全球碳纖維復合材料市場

6.1 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-年份

（見圖16）

圖16 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-年份（千噸）

樹脂基碳纖維復合材料的需求量，根據(jù)纖維在復材中65%的比例計算，由此建立一個規(guī)模概念。

6.2 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-應用（千噸）

（見圖17）

圖17 2020全球樹脂基碳纖維復合材料需求-應用（千噸）

6.3 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-應用(10億美元)

（見圖18）

圖18 2020全球樹脂基碳纖維復合材料需求-應用(10億美元）

2020年，全球的復材收入為150.9億美元，對比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)計復合材料收入時，將航空市場與風電市場進行對比。首先看工藝：航空復材有碳纖維-預浸料-分切-自動鋪放-熱壓罐-檢驗-機加-裝配等；而風電則是：碳纖維-拉擠成型-碳板，之后就直接進入葉片大總成的環(huán)節(jié)。兩者的研發(fā)繁瑣程度也完全不同：航空結(jié)構(gòu)通常采用積木式驗證方法，從材料到結(jié)構(gòu)，一步步驗證；而風電碳板主要對碳板做性能測試。兩者的研發(fā)周期也完全不同：一款新的復材要進入機型，周期起碼10年；風電碳梁通常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，應該學習風電碳梁的模式，而不是機械借鑒航空航天復材（盡管人類的復合材料技術(shù)體系主要由航空航天構(gòu)建）。風電碳梁的工藝主要為預浸料鋪貼、多軸織物灌注和拉擠板拼粘。預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。當然，將來也不排除會有更高性價比的工藝碾壓拉擠板拼粘工藝。

這對于汽車、軌道交通是有很強的借鑒意義的。復合材料的本質(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，成為全球最大復合材料市場。這主要是因為疫情對美國航空航天市場的重挫。

中國復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)進步的重要源泉；風電碳梁的收入，幾乎占據(jù)全球市場的60%，這是對市場的重大貢獻。

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、建筑補強、模塑混配、電子電氣、碳碳復材、軌道交通…… 均有較大的市場需求，這些應用機會是極其寶貴的。

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，還要肩負一些支持應用開發(fā)的責任，播下一些新的應用生態(tài)的種子。各級地方政府或研究院應在碳纖維與應用研究領(lǐng)域給予更多的支持。

6.5 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-制造工藝

（見圖20）

圖20 2020全球樹脂基碳纖維復合材料需求-工藝（千噸）

2020年，纏繞拉擠工藝第一次超越預浸鋪放工藝，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，航空航天市場恢復到2019年的水平，纏繞拉擠工藝也會把預浸鋪放甩在后面。因為該工藝背后的支撐是生機勃勃的氣瓶和風電市場。

人類在研究復合材料工藝時，最早的思維應該是“稻草+泥”，這個思維今天依然在沿用，比如短切塑料增強、長纖維塑料增強、SMC，BMC等工藝；之后，又借鑒了金屬、紡織、建材行業(yè)的思維，建立了預浸、模壓、預制體等工藝。其中，纏繞與拉擠可能是復合材料自有工藝，盡管拉擠與鋁合金、塑料型材有類似的地方。這兩個工藝的主要特點就是纖維到產(chǎn)品的極簡。相比之下，無論預浸料鋪貼，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。中國復合材料能否涌現(xiàn)石破天驚的創(chuàng)新？對于這個問題千萬不要認為我們起步晚、基礎(chǔ)不行、環(huán)境不夠。當年臺灣光男公司發(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)的拉擠板巧用于風電取得了巨大成功。這個創(chuàng)新有多難？

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

6.6 全球碳纖維復合材料需求-不同基體(10億美元）

（見圖21）

圖21 2020全球碳纖維復合材料需求-不同基體(10億美元）

筆者發(fā)布這個圖表，旨在提示大家不要忽略樹脂基及碳基之外的其他基體復合材料，這些材料也是碳纖維復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，變成新型的復合材料。在碳纖維領(lǐng)域，預氧氈與二氧化硅氣凝膠的結(jié)合，正在創(chuàng)造廣闊的應用市場空間；碳纖維氈、石墨氈與碳氣凝膠的結(jié)合，也將改變很多應用。

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

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

6.7 中國樹脂基碳纖維復合材料需求-應用（噸）

（見圖22）

圖22 2020中國樹脂基碳纖維復合材料需求-應用（噸）

2020年，中國碳纖維復合材料的總量為75155噸。

2020年，體育復材的領(lǐng)導地位首次被風電大幅度超越，這個格局會繼續(xù)延續(xù)下去。風電與體育占據(jù)主要市場的格局會延續(xù)幾年。大約5年左右，“碳碳復材”與“壓力容器”會有倍增，會超越體育市場。

6.8 中國樹脂基碳纖維復合材料銷售收入-應用（億元）

（見圖23）

圖23 中國樹脂基碳纖維復合材料銷售收入-應用（億元）

2020年，全國的碳纖維復合材料的產(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)模型來計算的，并未實際調(diào)查及統(tǒng)計。

對于航空航天復材的產(chǎn)值，本報告是按結(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。

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

2020年，碳碳復材市場處于迅猛增長，目前市場嚴重供不應求，下文有詳細描述。

7 復合材料應用發(fā)展趨勢與展望

7.1 航空航天應用市場

（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)分析機構(gòu)蒂爾集團(Teal Group)的數(shù)據(jù)顯示，2020年全球航空客運量較2019年下降了約63%；波音及空客大幅度消減了飛機的產(chǎn)能，其中波音將復合材料飛機B787減少到每月10架，2021年可能會減少到每月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；空客公司將復合材料飛機A350減少到每月6架； 2020年6月，美國東麗復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營，并大大減少其塔科馬預浸料工廠的產(chǎn)能。這些行動將導致在美國各工廠的勞動力減少約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劃；綜合判斷，航空航天用碳纖維對比去年同期減少30%。

基于疫情及航空航天體系復雜而行動緩慢的特點，筆者預測航空航天市場在2024年或可恢復到2019年的需求水平。

7.2 風電葉片應用市場

（見圖26）

圖26 風電葉片碳纖維需求-趨勢（噸）

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

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

在去年的報告中，筆者曾擔憂“搶裝潮”之后的萎縮，以及疫情對風電的沖擊。然而“碳達峰、碳中和”目標的確定，推動風電行業(yè)發(fā)布《風能北京宣言》：“在‘十四五’規(guī)劃中，須為風電設(shè)定與碳中和國家戰(zhàn)略相適應的發(fā)展空間：保證年均新增裝機5000萬千瓦以上。2025年后，中國風電年均新增裝機容量應不低于6000萬千瓦，到2030年至少達到8億千瓦，到2060年至少達到30億千瓦?！被诒本┬裕瑤缀趺考绎L電廠及葉片廠均考慮擴大產(chǎn)能。

幾年前，“球”在國內(nèi)風電巨頭的腳下，碳纖維行業(yè)不停地催“趕緊踢出來?。　睆?021開始，“球”到了碳纖維行業(yè)的腳下，風電巨頭會更加急迫地催促：“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，群體運動的碳纖維器材，如曲棍（冰）球桿、滑雪桿等，有較大幅度的下滑；而個人運動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，對電動自行車也有較大的需求增長。

7.4 汽車應用市場

（見圖29）

圖29 汽車碳纖維需求-趨勢（噸）

之前的報告反復提醒了全壽命周期的輕量化價值的概念；碳纖維復材從F1賽車到從超級車、超豪華車逐步擴大應用的規(guī)律與趨勢。在輕量化價值的計算中，除了節(jié)能降本的常規(guī)價值，綠色環(huán)保成本是一個因潮流而動的較大變動成本。

2020年在汽車復材領(lǐng)域，主要有如下大事：一是代表美國汽車復材應用水平的通用汽車，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合材料型材，另外還有部分玻碳混合的復合材料零件。2020年德國西格里分別與寶馬集團、中國蔚來汽車及北美一汽車公司批量制造電動汽車電池盒。2021年3月，廊坊的飛澤復材為蔚來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)、裝備與碳纖維及復合材料制備類似，僅從碳纖維紙的專用碳絲供應，國內(nèi)就無碳纖維公司涉及。所以，碳纖維產(chǎn)業(yè)要盡快意識到這個責任，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)氫能飛機的整個基礎(chǔ)設(shè)施，國際壓力容器傳統(tǒng)巨頭動作頻繁：

2021年2月，佛吉亞與雷諾集團達成汽車的氫氣儲存的合作協(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運市場提供安全、經(jīng)濟、高效的儲運解決方案。

2021年2月份，佛吉亞宣布對中國高壓氣瓶公司斯林達大部分股權(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)的碳纖維供不應求。7月份，氣瓶安全標準化與信息工作委員會發(fā)布了車用四型氣瓶團體標準的征求意見稿，這是行業(yè)發(fā)展的重要事件，希望該標準盡快完成。2020年12月，斯林達車用IV型儲氫瓶通過“三新”評審，成為國內(nèi)首家通過“三新”評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)對碳纖維的戰(zhàn)略意義認識嚴重不足。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，確實不是問題；但是當需要達到萬噸時（今后10年內(nèi)完全可能實現(xiàn)），碳纖維的性價比及規(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)堅實的核心競爭力。

7.6 混配模成型應用市場

（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）嚴格講，不是一個應用市場，而是對工藝的描述，但由于該工藝橫跨的應用多，所以，把它歸類成一個應用，便于說明?；炫洌╟ompound）是指非連續(xù)碳纖維增強塑料，主要包括短切增強和LFT。玻纖D-LFT在汽車領(lǐng)域的廣泛應用證明了這種復合材料形態(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性能相關(guān)聯(lián)，目前的碳纖維SMC還沒有實現(xiàn)其該有的力學性能優(yōu)勢。

總體上講，這個領(lǐng)域的技術(shù)主要借鑒于玻璃纖維復合材料，其重大優(yōu)點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)的力學性能，否則很難在性價比上與同類的玻纖復材競爭。這個領(lǐng)域存在著產(chǎn)業(yè)鏈重整的重大機遇與挑戰(zhàn)。

7.7 建筑應用市場

（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。碳纖維復合材料在基礎(chǔ)設(shè)施的應用中包含：既有建筑及橋梁結(jié)構(gòu)的加固補強、管廊設(shè)施的維修養(yǎng)護、新建建筑的部分構(gòu)件、橋梁纜索、橋面板等。上述應用市場中，有80%～90%的碳纖維用于建筑橋梁的補強。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，極大地推動了碳纖維在此領(lǐng)域的發(fā)展和應用。

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“最大尺度碳纖維復合材料拉索”；

2020年3月，由法爾勝泓昇集團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)外首次應用于大跨度空間結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了新材料應用的突破；

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)的碳纖維復合材料纜繩（CFCC）被成功用于美國漢普頓港口公路橋隧道擴建工程。

7.8 碳碳復材應用市場

（見圖33）

圖33 碳碳復材碳纖維需求-趨勢（噸）

2020年，碳碳復材的三大市場發(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。中國的飛機剎車盤生產(chǎn)企業(yè)主要有中航飛機股份有限公司西安制動分公司、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，碳碳復合材料以其優(yōu)異的性能成為大型固體火箭喉襯、發(fā)動機的噴管、擴散段、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“碳達峰、碳中和”目標推動，單晶硅爐訂單暴漲，單晶硅爐內(nèi)主要有碳氈功能材料和坩堝、保溫桶、護盤等碳碳復材結(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、南方搏云等。預制體是碳碳復材重要的制造環(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)大學復合材料研究所、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)、晶勝機電、晶澳等，對單晶硅爐均有海量的需求。據(jù)國內(nèi)預制體龍頭企業(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，整個行業(yè)處于嚴重供不應求的狀態(tài)。

7.9 電子電氣應用市場

（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。

首先是功能性應用領(lǐng)域：短切碳纖維增強塑料具有防靜電、電磁屏蔽等功能，在復印機、打印機、數(shù)碼相機、數(shù)據(jù)傳輸電纜接頭等產(chǎn)品早已經(jīng)有成熟應用，對比其他的如炭黑、金屬等類似材料，碳纖維增強塑料的成本降低，會推動這個市場的穩(wěn)定擴展。

力學增強方面：主要的產(chǎn)品形態(tài)有長碳纖維增強塑料（LFT）和連續(xù)碳纖維增強材料。LFT其實是一個介于短切與連續(xù)之間，兼顧了成本與性能的一個很有前景的產(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)難點阻礙了該產(chǎn)品更廣闊的應用。連續(xù)碳纖維增強材料，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)過程中使用的機器人輕量化繼續(xù)深化，越來越多的機器人部件批量使用碳纖維。

熱管理對于幾乎所有電子電氣行業(yè)（包括電池）都是個令人頭疼的事，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、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)域推廣應用。

7.10 船舶應用市場

（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合材料新工藝及新技術(shù)，其他船舶的發(fā)展缺乏熱點。

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，水翼船是個發(fā)展熱點，而水翼通常由碳纖維復合材料制成。

除了上述應用，“漂浮式風電”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格的影響，海上風電的前景是明確的，必然會走向深海，這需要借鑒深海油田的現(xiàn)有技術(shù)，去大力開發(fā)碳纖維復合材料在其中的應用技術(shù)。

7.11 電纜芯應用市場

（見圖36）

圖36 電纜芯碳纖維需求-趨勢（噸）

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

2020年，CTC Global推出了ACCC InfoCore?系統(tǒng)并進行首次商業(yè)部署。該系統(tǒng)可快速、準確地確保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。這也是目前世界上首條全線路應用碳纖維復合導線的特高壓工程。由中復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)線路采用了復合材料電纜芯，而國內(nèi)電網(wǎng)只是給出了幾個省級電網(wǎng)的改造訂單。

采用類似工藝的碳纖維復合材料拉索，在2020年有巨大的進步。

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)個大橋的設(shè)計規(guī)劃中安排了碳纖維復合材料拉索，比如山東聊城興華路徒駭河大橋等。早在2005年，東南大學呂志濤院士等主持設(shè)計和修建了國內(nèi)第一座碳纖維復材索斜拉橋，中冶建筑研究總院岳清瑞院士團隊及清華大學馮鵬教授課題組對這個領(lǐng)域有多年的研究與工程實踐?？傮w而言，無論是比強度、疲勞壽命及耐腐蝕性，碳纖維復合材料拉索比鋼索均有巨大的優(yōu)勢，但碳纖維復合材料的橫向性能較弱導致了錨固的難題。利用碳纖維本身的高強度來形成錨固，索錨一體化碳纖維復材應該是解決這個問題的好思路。中復碳芯也是索錨積極開發(fā)者。

7.12 其他應用市場

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臺采用碳纖維增強樹脂基復合材料彈簧的鐵道車輛轉(zhuǎn)向架；2021年1月，首臺具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高溫超導高速磁浮工程化樣車及試驗線在西南交通大學九里校區(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12噸左右，懸浮高度10毫米左右。

在發(fā)展軌道交通復合材料方面，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，既有軌交體系的應用技術(shù)的問題，也有復合材料領(lǐng)域的創(chuàng)新工藝的問題?？上驳氖?，2020年，軌交體系與復合材料體系的聯(lián)合研發(fā)越來越密切，這個研發(fā)聯(lián)合體的力量會越來越強大，軌交體系也正在醞釀自身的復合材料科研體系。

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)能將供應市場，軌道交通與相關(guān)的碳纖維及復合材料企業(yè)如在此基礎(chǔ)上加大研發(fā)與工程實踐的力度，會給上述兩個行業(yè)構(gòu)建一個無比美好的前景。

碳纖維功能材料

碳纖維的主要功能性應用，除了傳統(tǒng)的阻燃材料—預氧絲、預氧氈，還有傳統(tǒng)的熱場材料—碳氈、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)擴散層（GDL）;

B.液流電池的電極材料的碳氈（石墨氈）；

C.替代鉛酸電池的鉛板電極的碳氈板；

D.替代鋰離子電池的能量密度的多微孔碳纖維材料；

E.預氧氈+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。這是一個納米物質(zhì)宏觀化的優(yōu)良途徑，碳纖維的功能應用前景極其廣闊，理應引起國內(nèi)各種研究機構(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)，還是應用技術(shù)依然主導著全球碳纖維。

新興經(jīng)濟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。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)、裝備及應用生態(tài)等因素，中國大陸企業(yè)仍是主力軍。臺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)復雜程度、產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)復雜性，以及應用技術(shù)開發(fā)及生態(tài)的構(gòu)建難度。企圖用承接發(fā)達國家的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移來發(fā)展碳纖維，起碼今后20年時間是不現(xiàn)實的。新興國家的碳纖維如何趕超發(fā)達國家巨頭？這就成為當前產(chǎn)業(yè)思考的重點。

8.2 應用市場發(fā)展的總體趨勢

碳纖維的應用曾經(jīng)是以航空航天為主驅(qū)動的，這些年，已經(jīng)變成了航空航天驅(qū)動與工業(yè)用驅(qū)動的雙引擎驅(qū)動模式。這對全世界碳纖維的產(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)能的擴建僅僅用了3年不到的時間，依然供不應求），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浸料。

綜觀全球的應用市場發(fā)展趨勢，我們可以得到如下幾個明確的方向：

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年才可能恢復到2019年的應用數(shù)量，如何在3年內(nèi)處理民用航空不能消化的產(chǎn)能？當然，市場復蘇之后，加上單通道飛機廣泛采用碳纖維，會對這個市場有激增的作用，很可能會出現(xiàn)供不應求的局面。疫情之前，東邦與赫氏均看好航空航天市場的前景，在美國巨額擴產(chǎn)投資，這兩年，擴產(chǎn)建設(shè)的進度有所延緩。如果實力允許，冬天的投入就是為了迎接春天。

風電對碳纖維的劇烈需求將導致碳纖維行業(yè)劇變。《風電北京宣言》中已經(jīng)有了具體的規(guī)劃，如果按此執(zhí)行，預計到2030年風電市場需要19萬～20萬噸碳纖維，而當前全球需求不過是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。 在這個令人炫目的機會面前，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？誰又會成為這廝殺中的烈士？后文會作出詳細的分析。但非常明確的是，風電市場能培養(yǎng)出國際排名前列的碳纖維巨頭企業(yè)；風電市場將驅(qū)動碳纖維行業(yè)進行一場轟轟烈烈的低成本技術(shù)革命。

氫氣瓶蓄勢待發(fā)，將推動碳纖維產(chǎn)業(yè)進入新的高度。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年實現(xiàn)5000輛級規(guī)模，2025年實現(xiàn)5萬輛規(guī)模，2030年實現(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)推向一個新的發(fā)展高度

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

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

2019年美國燃料電池和氫能協(xié)會發(fā)布《美國氫能經(jīng)濟路線圖》：2022年達到50000輛新能源汽車，2025年達到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；

通過對這些規(guī)劃的匯總，結(jié)論是：2025年，全球燃料電池汽車預計銷售100萬臺；到2030年，全球燃料電池汽車大約300萬～400萬臺。相應的碳纖維需求量：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，價格大約12.6美元/公斤。這個價格，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，是整個國際碳纖維行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)，也是重大發(fā)展機遇。

汽車及軌道交通會從碳纖維低成本技術(shù)革命中受益。除了上述風電與氫氣瓶兩個應用明星，汽車復材與碳纖維產(chǎn)業(yè)相伴多年，從昂貴的小絲束，到大絲束，當?shù)统杀緛砼R的時候，汽車復材就被遺忘了，其實軌道交通也是如此。碳纖維做成拉擠板直接用在風電上，汽車與軌道交通的后續(xù)復合材料工藝多，應用技術(shù)難度大，需要研發(fā)出類似拉擠板風電的應用技術(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)。汽車與軌道交通對碳纖維的需求，保守估計到2030年是9萬～10萬噸。其面臨的重大挑戰(zhàn)是，低成本復合材料工藝的創(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)性的應用，碳纖維還有諸多功能性應用，如傳統(tǒng)的靜電、電池屏蔽、熱場材料、耐燒蝕材料…… 在“碳達峰、碳中和”目標下，另一個明星—光伏產(chǎn)業(yè)的單晶硅爐需要的碳碳復材和碳氈等熱場材料即將供不應求；燃料電池的核心材料之一是碳紙為基礎(chǔ)的氣態(tài)擴散層GDL，如果按照2030年300萬臺燃料電池汽車來估算，大約需要1.5萬噸，數(shù)量不如風電及氫氣瓶龐大，但技術(shù)密集度高，價值斐然；預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，會有相當廣闊的市場空間；碳氈的功能性應用，比如液流電池、鉛酸電池的碳極板，將推動現(xiàn)有儲能技術(shù)的提升。這個市場保守估計到2030年總體有5萬～6萬噸的需求。（見圖38）

圖38 碳纖維功能材料應用市場

總結(jié)：到2030年，航空航天市場：8萬～10萬噸；風電：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，碳纖維的應用主驅(qū)動是風電等工業(yè)，輔驅(qū)動是航空航天業(yè)；從技術(shù)發(fā)展上，依然是航空航天及風電等工業(yè)雙驅(qū)動，不同領(lǐng)域驅(qū)動的產(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)務模式及發(fā)展?jié)撃?/p>

應用市場的變化會對整個碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)生深刻的影響，首先，我們盤點一下全世界目前的碳纖維廠家的業(yè)務模式及發(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其最有吸引力的市場，如果在這個市場沒有立足之地，發(fā)展道路會非常艱難曲折。當然可以通過“提速或提束”的方法降低成本，在體育器材、建筑補強、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，這個群落會被嚴重沖擊。

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價指標，除非技術(shù)有飛躍發(fā)展，沒有強大的腈綸工業(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，擁有38萬噸腈綸，有超過10年的批量制造原絲的經(jīng)驗；

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

C.中石化上海石化，16萬噸的腈綸，超過10年的原絲經(jīng)驗；

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，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，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，一直給SGL有大批量供應。

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，昂貴的進口設(shè)備會成為他們發(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，這個積累毫無疑問是沉甸甸的，對未來有深遠影響；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，但太多腈綸裝置因為虧損而關(guān)閉，會對其發(fā)展形成制約。

根據(jù)上面的應用市場的總體發(fā)展趨勢可以明確，風電、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，2030年有望達到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。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。當然美好的設(shè)想是40～100K，拉伸強度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。前段時間，又傳來德國唯一的腈綸企業(yè)DRALON準備關(guān)閉部分產(chǎn)能的新聞。在發(fā)達國家，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)達國家？應該利用已有工業(yè)基礎(chǔ)及不斷精進的原絲技術(shù)與經(jīng)驗、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)級碳纖維的需求，成為世界碳纖維產(chǎn)業(yè)重要的風景線，與小絲束碳纖維一起，為全球各種應用用戶提供更全譜系的產(chǎn)品。這才是這個偉大材料本應為人類作出的貢獻：既可“九天攬月，五洋捉鱉”，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，然后是臺塑、碳谷+寶旌、中復神鷹及恒神。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，其他廠家并無龐大的擴產(chǎn)計劃。中國上榜的企業(yè)中，碳谷+寶旌有3萬噸擴產(chǎn)計劃，中復神鷹有1.8萬噸的擴產(chǎn)計劃；沒有上榜的，比如吉林化纖總體6萬噸擴產(chǎn)計劃，上海石化有1.2萬噸擴產(chǎn)計劃，光威有1萬噸擴產(chǎn)計劃?？梢灶A測：3～5年內(nèi)，全球產(chǎn)能排名會有劇烈的變化，能進入世界前十名的起碼需要萬噸以上產(chǎn)能，中國廠家預計有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 加強中國碳化技術(shù)及裝備的自主可控與發(fā)展

通過上述應用趨勢的分析，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)，伺機并購與擴大版圖。

對比原絲，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，整個中國，除了藍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，應該是系統(tǒng)完備的、先進的大絲束技術(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，比如光威復材、太鋼鋼科、中復神鷹、中簡科技等。反之，不差錢，動輒就進口設(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，其實對碳纖維的工藝、生產(chǎn)與維護的理解并不深入。因為在他們與歐美專業(yè)碳纖維公司的業(yè)務合作中，鑒于對技術(shù)的保密，這些碳纖維公司只是對設(shè)備方提出基本要求，設(shè)備到碳纖維廠家后，碳纖維廠家通常會根據(jù)自己的技術(shù)與經(jīng)驗做一定的改造工作，這些反而是技術(shù)的核心。所以，我們經(jīng)常看到一個奇怪的現(xiàn)象，一些歐美廠家的設(shè)備，幾十年都是一個設(shè)計，極少有改進，也極少有高價值的專利產(chǎn)生。但這并不代表國際碳纖維巨頭自身沒有技術(shù)進步，反之，他們在不斷地進步。只是不愿意讓設(shè)備廠家知道，擴散技術(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，同時又有專業(yè)的公司長期耕耘？筆者認為，對于工藝關(guān)聯(lián)度不大的裝備，比如放絲系統(tǒng)、操作平臺、干燥、驅(qū)動系統(tǒng)、卷繞機及焚燒爐，可以全行業(yè)共同來支持數(shù)家國內(nèi)專業(yè)企業(yè)的開發(fā)工作，根據(jù)技術(shù)的先進性擇優(yōu)選擇；對于工藝關(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，應該采用技術(shù)結(jié)盟的方式來發(fā)展，該聯(lián)盟應包括技術(shù)基礎(chǔ)研究、工藝、裝備、工程及應用等專業(yè)公司；這樣的機制，不光對碳纖維廠家的工藝技術(shù)保密，同時，讓基礎(chǔ)研究更具實用價值，讓裝備開發(fā)廠家認真做事，不投機取巧。另外，當這些技術(shù)聯(lián)盟形成之后，一些從開頭就能看到失敗結(jié)局的狂熱投資也會得到一定的抑制。

全行業(yè)要尊重知識產(chǎn)權(quán)，加強有技術(shù)含量的知識產(chǎn)權(quán)的建設(shè)。肆意抄襲是當今社會的巨大問題，在碳纖維領(lǐng)域也廣泛存在。一個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。知識產(chǎn)權(quán)保護制度有其歷史問題，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)建自主的知識產(chǎn)權(quán)體系。嚴格執(zhí)行國家相關(guān)法律，嚴厲打擊竊用行為，更有利于行業(yè)的健康發(fā)展。

在碳纖維領(lǐng)域，應加強有技術(shù)含量的知識產(chǎn)權(quán)的建設(shè)

8.5 復合材料工藝及應用技術(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)增長的應用市場，對復合材料工藝及應用技術(shù)的發(fā)展也有新的要求，即發(fā)展從碳纖維-樹脂-復合材料工藝-應用技術(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用前景落到實處。

吸取航空航天復材的核心精華，不受工藝思維的局限。航空航天是當今碳纖維復合材料的經(jīng)典工藝，很多其他應用或多或少都是從中演變而來，其核心是對性能與品質(zhì)的控制思想，其中既有“積木式”驗證體系，也有各工序的嚴格工藝及檢測手段。但這不代表所有的復合材料都要遵循從碳纖維-預浸料-鋪放-熱壓罐致密化與固化-機加-裝配等復雜工藝。反之對于工業(yè)應用，必須去追求“大道至簡”、或者“正道至簡”的新的工藝方法及應用技術(shù)，否則，碳纖維即使價格為零，做成的復合材料構(gòu)件也會極其昂貴，很難在工業(yè)領(lǐng)域規(guī)模應用。所以，做規(guī)?；瘧?，如果還是采用航空復材經(jīng)典工藝，從開始就已經(jīng)失敗了。其實，很多業(yè)內(nèi)人士經(jīng)常犯這樣的錯誤而不自知，最開始的風電葉片，就是借鑒了航空的預浸料鋪放工藝，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。

考慮復材工藝自身特點，不要企圖用結(jié)構(gòu)復雜性設(shè)計來彌補材料性能。其中最典型的例子是汽車工業(yè)。我們看到汽車計劃的所有零件沒有一個是規(guī)整的。每個鈑金件上，筋條增強、鏤空減重，把一塊普通的鋼板通過復雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將結(jié)構(gòu)性能做到了極致。這當然是汽車結(jié)構(gòu)工程師水平高的表現(xiàn)。然而，如果讓復合材料也按此復雜的形狀去制備，就是天大的難題，加強筋怎么鋪放？鏤空的孔把纖維切斷，性能下降，大量的昂貴材料因為形狀復雜，被浪費了30%～40%。這個針對金屬鈑金材料的思路，對復材來說是不可行的。復合材料自身的力學性能非常優(yōu)秀，尤其在確定方向的負荷情況下，這是現(xiàn)在通用的汽車鋼板完全不能比擬的。復材有自身的結(jié)構(gòu)強化設(shè)計，就是在負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)計螺栓或鉚接點，它可以與周邊零件做成一體。復材的初始狀態(tài)是一維的纖維，有很多工藝可以讓它成為立體件，不要動輒就先把其變成一塊“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，因為零件與周邊的關(guān)聯(lián)太多。只有從總體構(gòu)思與設(shè)計開始，與復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計人員共同參與，擺脫金屬加工慣性思維，才可能打造一臺真正輕量化且成本可控的新型碳纖維汽車。

業(yè)界可以多想想復合材料自身的經(jīng)典工藝—拉擠與纏繞，這兩個工藝時常為應用端立奇功，比如拉擠板工藝在制作葉片梁帽上的應用（對比一下鋪放成50～60mm厚度的預浸料），比如纏繞鋪放工藝在B787機身段的應用（對比一下傳統(tǒng)鋁合金蒙皮與桁樑天文數(shù)字的鉚釘）。這兩個工藝的共同點是，纖維材料或預浸料直接成型三維結(jié)構(gòu)。希望未來服務于汽車、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。在碳纖維的卷繞機與放絲架的工作中，有個時常遇到的問題，業(yè)內(nèi)稱之為“往復禍害”。碳纖維是通過精密交錯卷繞的方式收卷的，任何應用必須先放卷，放卷的過程中，絲束在紗錠上往復行走，這對后續(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；比如預浸料制備過程中分絲梳上的毛絲與毛團間隙、疊絲；比如絲束預浸帶的絲寬變化；均源于這個“往復禍害”，紗錠的往復行為會一直傳遞到下游。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，力學性能達到最好的狀態(tài)。復合材料的起始端為什么必須從碳纖維紗錠開始呢？當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合材料，甚至三維結(jié)構(gòu)呢？答案可能是，之前的單一應用太少了，一條碳化線應覆蓋多個應用。例如風電用碳纖維需要3萬噸，其中大部分是通過拉擠板進入風電葉片的。這就相當于全球，起碼有10條2000噸/年產(chǎn)能的碳化線在為拉擠板服務。是時候可以定制“風電拉擠板碳化生產(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，風電廠家會認為規(guī)模太小。

風電碳化線之后，是否還應該有氣瓶碳化線、汽車碳化線、軌道交通碳化線？這些都是規(guī)模化的市場，可能是未來世界碳纖維產(chǎn)業(yè)的一個場景。當碳纖維生產(chǎn)與復合材料產(chǎn)業(yè)鏈高度至簡時，整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本很可能數(shù)倍下降。這顯然會在各個應用領(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)的迅速擴大，筆者希望與行業(yè)專家合作來完成這份報告。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；第二個便是碳纖維復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/未固化預浸料、復合材料件的裁邊料、不合格件、測試件、切削邊料以及裝配報廢料等。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，碳纖維在生產(chǎn)制造過程中的平均報廢率全球為32.4%，我國為20%～25%。報廢率的差異主要受成型技術(shù)或應用領(lǐng)域的影響，傳統(tǒng)的航空航天應用的熱壓罐、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)域應用中，濕法模壓的較高，為30%～50%；其次是拉擠碳桿、碳板（風電）等，成型和裝配報廢共計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)應用領(lǐng)域的這些數(shù)據(jù)一直在動態(tài)變化中，隨著技術(shù)進步它們還在下降；工業(yè)領(lǐng)域的報廢率雖然不高，但是報廢總量很大。目前全球碳纖維復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)域應用的發(fā)展、環(huán)保監(jiān)管的嚴格化，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)化碳纖維復合材料回收技術(shù)。嘗試開展化學溶解技術(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）、中國臺灣永虹（88噸/年微波熱解）、中國復源新材（1500噸/年）。復源新材是利用上海交通大學楊斌教授的技術(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，復源新材的回收生產(chǎn)線已經(jīng)順利運行22個月，為國內(nèi)50余家各個應用領(lǐng)域的碳纖維復合材料生產(chǎn)制造公司提供著CFRP回收服務，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。主要應用于增強材料或耐磨、保溫、抗靜電、導電、導熱等功能材料。再生碳纖維的高性價比、低碳排優(yōu)勢，對汽車、電子電器、改性工程塑料、土木建筑等行業(yè)的應用具有巨大吸引力，尤其在全球倡導發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的趨勢下。

然而，再生碳纖維的大規(guī)模應用并沒有開始，主要是三方面的原因，一是回收獲得的再生碳纖維中經(jīng)?；祀s大量其它纖維、金屬、無機粉體等雜質(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)域應用，必須開拓新的應用技術(shù)和市場，并借助跨行業(yè)的知識和技術(shù)。國外少有的幾個規(guī)?；偕祭w維的應用案例，都是經(jīng)過了艱苦的聯(lián)合創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)過程才得以實現(xiàn)。三是再生碳纖維產(chǎn)品的標準化與穩(wěn)定性問題，目前國內(nèi)外都缺少標準，令很多大用戶望而卻步。

任重道遠、需要全行業(yè)及全社會的大力支持。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)、碳纖維無紡氈預浸料生產(chǎn)制造技術(shù)、碳纖維無紡氈增強熱固性/熱塑性復合材料的生產(chǎn)制造技術(shù)、再生碳纖維產(chǎn)品性能的質(zhì)量控制和標準研究，碳纖維粉塵對人類和生態(tài)系統(tǒng)的影響、回收再利用技術(shù)的LCA評價等經(jīng)濟和環(huán)境評估等。

碳纖維回收再利用剛剛開始跨出半步——只有規(guī)模化回收，還沒有規(guī)?；倮?，屬于即將誕生的階段，技術(shù)/裝備/供應鏈/市場、標準/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)計制造、場內(nèi)廢棄物丟棄的有序管理等）多投入、引導和扶持。在大規(guī)模碳纖維工業(yè)品的制造報廢品和使用壽命結(jié)束的報廢產(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，大家對本報告的數(shù)據(jù)與結(jié)論均作出了非凡的貢獻；感謝中國化纖協(xié)會各位領(lǐng)導的支持；感謝中國復合材料集團前董事長張定金、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。