供不應求、價格上漲……太多國產碳纖維人都沒有料到，今年的市場居然出現了這樣一種難得的行情。
今年以來，在疫情對世界各國宏觀經濟運行和各行各業的產業經濟運行都造成巨大考驗的背景下，日本、美國的知名碳纖維企業的業績均出現大幅下滑，然而，我國碳纖維市場卻逆勢而上，呈現出產銷雙增的喜人局面。
我國碳纖維產業今年整體取得優秀業績背後的驅動因素有哪些？產業現階段發展呈現出哪些突出特點？在“十四五”期間，產業進一步實現高質量發展應該把握住哪些關鍵點？
11月26~27日，中國•丹陽碳纖維及複合材料產業鏈創新發展論壇暨2020年中國化學纖維工業協會碳纖維分會年會在江蘇省丹陽市召開，會上對以上問題進行了深入探討。
本次會議由中國化學纖維工業協會、江蘇省生產力促進中心、丹陽市人民政府共同主辦，丹陽市科學技術局、中國化學纖維工業協會碳纖維分會、江蘇恆神股份有限公司和丹陽市高新技術創業服務有限公司承辦。
中國紡織工業聯合會副會長、中國化學纖維工業協會會長端小平；中國工程院院士蔣士成；中國科學院院士
朱美芳；江蘇省丹陽市委副書記、副市長許根林，副市長、開發區黨工委書記束克之；工業和信息化部消費品工業司主任科員吳桐；科技部科技創新發展研究中心副處長於笑瀟；中國化學纖維工業協會副會長賀燕麗、陳新偉，國家先進功能纖維創新中心主任王玉萍；江蘇恆神股份有限公司黨委書記、董事長李仰東，江蘇恆神股份有限公司總經理錢京，以及來自國內外多家碳纖維生產和應用企業、相關高等院校和科研院所等單位的代表共同參會。01
產業化建設和需求牽引均顯亮點
小小的一根碳纖維，卻有著“細如髮絲、輕如鴻毛、強如鋼鐵、難比芯片、貴如黃金”的屬性，也深深地激發出一批從業者的家國情懷。在產業化經歷了大約15年的突飛猛進後，如今的國產碳纖維產業早已不是當初那個被“卡脖子”的品種。
端小平列舉了一組數據：2019年，我國碳纖維的產量達到了12000噸，我國市場的碳纖維總需求量達到了37840噸，比2018年增長了22%。今年，國產碳纖維的產量預計有望達到約15000噸。
具體來看，在原絲技術方面，國家碳纖維工程技術研究中心主任、北京化工大學材料科學與工程學院教授徐樑華介紹，我國目前已形成DMSO、NaSCN、DMAc三大國產化技術體系和產業體系。其中，DMSO原絲新技術被納入國家相關計劃20年，多數國產碳纖維企業和軍用碳纖維目前都採用DMSO技術；NaSCN技術的代表是上海石化和藍星公司；DMAc技術的代表是吉林碳谷。
產業化建設也有序推進。徐樑華介紹，產業化裝備自主能力不斷加強，紡絲油劑、碳纖維上漿劑、結構性能表徵等配套能力進步顯著，軍民應用同步牽引，工程化、產業化發展勢頭良好，應用服務意識也不斷強化。截至今年9月底，全國單線產能在千噸以上的碳纖維生產線達到了13條。
在應用方面，呈現出市場需求牽引強勁的特點，應用領域發展非常快，較好地解決了“用出去”問題。
相關統計數據顯示，我國碳纖維市場的需求量連續幾年快速增長，2017年的同比增速為20%，2018年為32%，2019年為22%。在市場總需求量中，2018年國產碳纖維的用量佔比約為29%，2019年增至32%，今年仍繼續增長。
圖為恆神股份生產的碳纖維和碳纖維織物。
端小平指出：“整體來看，產業的市場集中度進一步提高。其中，中復神鷹、光威復材、恆神股份等龍頭企業的合計年產量（碳絲）已經接近國產碳纖維總年產量的80%，且產業技術進步明顯，規格和產品結構更加豐富。”
蔣士成指出：“從2005年至今，在國家、企業、相關科研院所和行業協會的共同努力下，我國碳纖維產業實現快速發展，目前已形成年產萬噸的產業規模。當前，我國不僅形成了一批具有相當市場競爭力的重點企業，其中有企業的產銷量均突破千噸，而且有企業在民用領域也已實現贏利。這都表明我國碳纖維產業整體已達到國際先進水平。”
徐樑華也指出：“尤其是‘十三五’期間，我國碳纖維產業發展得非常快，快到我們今年在制定‘十四五’發展規劃的時候覺得不好寫，但這是個好事。而且，回想10年前，碳纖維產業的加入者還是比較激動的，現在則普遍比較理性。整體看，技術和產業發展的格局都非常健康。”
此外，產業當前還呈現出其他一些新特點。端小平指出，一是產業結構進一步調整，以龍頭企業為代表，開始佈局中西部地區。我國主要碳纖維企業佈局中西部已成一種必然，中西部地區已經吸引了中復神鷹、光威復材等龍頭企業投資。接下來，中西部將成為大規模化生產碳纖維的重要基地接下來，碳纖維企業去中西部地區投資，不僅能獲得相對東部地區更低的電價，還能獲得更多政策和相關資源支持。二是國有資本加大進入國產碳纖維行業的力度，成為目前的一種趨勢，雙方在優勢方面形成互補，但也需要注意，“如果國有和民營資本不能形成互補，也將面臨新的考驗。”
“我們要維護好當前來之不易的良好生產經營環境。”端小平說。
02
風電應用火熱引發“供不應求”
國產碳纖維市場今年最突出的亮點，還屬產銷雙增、供不應求。
端小平強調：“今年，在疫情背景下，我國碳纖維行業卻交出了一份優異的成績單，對社會經濟復甦發揮了重要作用，這就是對抗疫最大的貢獻。”
中國複合材料集團專家張定金也指出：“今年，相比國際知名碳纖維企業經營業績的普遍下滑，我國碳纖維龍頭企業的業績逆勢而上，仍然保持快速增長勢頭。”
依據日本東麗發佈的2020財年一季度（4月~6月）業績報告，期內，其銷售收入為454億日元，同比下降26.2%；其中，航空航天領域的銷售收入為174億日元，同比下降40%；其利潤為17億日元，同比下降73%。
美國赫氏復材今年1~3季度實現銷售收入12.07億美元，同比下滑32.6%；其中，航空領域的收入為6.57億美元，同比下降42.9%；航天領域的收入為3.29億美元，與上年同期基本持平；工業領域的收入為1.82億美元，同比下降25.1%。
而今年前三季度，我國碳纖維上市企業光威復材的營收同比增長22.49%，達到16.03億元；歸屬於上市公司股東的淨利潤同比增長18.06%，達到5.24億元。
在造成國產碳纖維目前供不應求的多個原因中，來自風電市場需求的快速增長十分關鍵。“風電市場需求來得太猛烈，大家都在群情激昂謀發展。”吉林化纖集團公司董事長宋德武這樣感慨。
記者瞭解到，吉林化纖集團今年的碳纖維銷量大幅增長，其中，用於風電市場的大絲束碳纖維銷量增長最為突出；產品有八九成都是供應風電市場的江蘇澳盛複合材料科技有限公司，今年的碳纖維用量預計將超過1萬噸，去年的用量則是7000多噸。
錢京也表示，目前在恆神股份的碳纖維總銷量中，風電市場銷量排第二，2019年的銷量約為400噸。
事實上，國產碳纖維今年這種“供不應求”的態勢，在2019年就已顯示出來了。端小平介紹，2019年，我國大絲束碳纖維呈現出“供不應求”的狀態，我國市場上風電領域的碳纖維用量達到了13800噸，較2018年大幅增長97%。
另根據《風能北京宣言》的目標，預計到2030年，我國風電至少要達到8億千瓦，年均複合增長率達12%。
對此，中材科技風電葉片股份有限公司高級工程師牟書香表示，隨著風電行業的快速發展，風電機組越來越大，葉片長度也越來越長，行業競爭也愈演愈烈，持續降低度電成本成為整個風電上下游企業共同的目標。碳纖維復材則具有剛度大、強度高、密度低等優勢，是滿足大型葉片“輕質高強”要求的理想材料。
“未來，風電市場需要進一步加大國產低成本碳纖維的批量、穩定供應，風電葉片和碳纖維產業也需要協同創新，通過智能製造助推碳纖維風電葉片提質增效。”牟書香說。
不過，端小平也提醒企業：“國產碳纖維的可持續發展，要不斷開拓新應用市場，要避免對風電市場的過度依賴。”
03
中國商飛外協需求“砸中”恆神
更值得注意的是，來自民用航空市場的需求今年也“意外”地加速啟幕。
圖片來自網絡。
今年，隨著中美貿易摩擦加劇，我國需要進口的跟碳纖維相關的設備遭到“封鎖”。我國民用航空領域的相關企業需要的一些設備無法進口，便開始在國內尋找外協合作企業，恆神股份被“選中”了。
據瞭解，我國企業當前僅擁有數臺自動鋪帶機和自動鋪絲機，恆神股份則同時擁有先進的自動鋪帶和自動鋪絲兩種設備。隨著先進航空零部件自動化製造的需求不斷增長，我國對自動鋪放設備的需求也逐漸增加，但此前基本上依賴進口的自動鋪放設備，今年卻遭遇了“國際封鎖”。在此背景下，中國商飛開始對國內碳纖維及復材企業進行考察，尋找合作企業，評估、構建外協供應體系。
今年夏天，中國開始對恆神股份進行自動鋪帶設備鑑定、特種工藝評審和外協供應商資質認證。錢京解釋：“我們的供應，首先要做到符合中國商飛的民機供應規範。”10月，恆神股份完成了所有認證工作，正式成為了中國商飛的產品供應商。
“今年下半年，我們整個公司都在全力以赴地做好這項工作。”錢京說。
其實，哪有什麼“從天而降”的機會，機會從來都是留給有準備的企業。今年之所以能夠被中國商飛“選中”，是因為恆神股份的堅持和把工作做在了前面。
錢京介紹，大約在2015年前後，公司花了近億元進口了1臺自動鋪絲機和1臺自動鋪帶機。把機器買回來後，公司進行了大量工藝探索。“投資需要走在前面，技術和工藝的積累也都需要一個漫長的過程。自動鋪帶機適合做曲率比較小的產品，比如機身壁板、垂尾等，自動鋪絲機可實現大麴率複雜零部件。”
“當時，公司已經意識到，隨著勞動力短缺和用工成本逐年高企，自動鋪帶機和鋪絲機未來將成為一種選擇。而且，利用機械手進行自動化鋪帶、鋪絲，能夠大大提高鋪貼效率。但這類自動化工藝是跟我國航空工業的發展程度是密切關聯的，實事求是地說，自動化設備買回來後利用率一直不高。但現在，機會來了。”錢京補充說，“從明年起，隨著開始承接中國商飛的外協工作包，我們的自動鋪帶機的利用率將會提高。並且，恆神近期將要承擔國產寬體飛機一個大型結構部件的研製，會使用公司自己的自動鋪絲機和碳纖維複合材料。”
錢京進一步介紹，用到的是公司研發生產的
中模碳纖維HF40（T800級）。公司目前已具備HF40溼法紡絲和幹噴溼紡生產工藝技術，產品包括6k和12k，已開展了多批次性能驗證，性能數據離散性小，產品質量穩定。公司還把HF40與自主研發的高溫高韌性環氧樹脂、雙馬樹脂，以及改性聚酰亞胺樹脂匹配，研發出應用於航空領域的多款預浸料產品。其中，高溫高韌性環氧樹脂（EH918）匹配HF40（T800級）碳纖維的預浸料體系EH918/HF40，主要應用於民用大型飛機結構部件，該預浸料可滿足自動鋪帶及鋪絲工藝。此外，公司還開展了CR929後機身壓力框、帽型加筋壁板等典型結構部件的試製，其預浸料的複合材料性能和工藝性均滿足相關要求。目前，HF40（T800級）碳纖維已為相關項目及應用市場供貨約300噸。其實一直以來，航空市場都是國際知名碳纖維企業產品的重點應用市場，尤其是民用航空市場，備受重視。這一次，我國企業面臨的被動封鎖，卻在客觀上加速了國產碳纖維及其復材企業融入我國民用航空市場的步伐。
“公司T700級碳纖維的產能目前為1500噸/年，T800產品的合計年產能為1800噸。在公司目前的碳纖維年銷量中，45%供給航空領域，其他應用市場還包括風電、能源、船舶、光伏、氫能、建築補強等。接下來幾年，航空市場對公司碳纖維及復材營收‘盤子”的貢獻預計會進一步擴大。”錢京說。
此外，會議期間，中國化學纖維工業協會碳纖維分會換屆，錢京當選為新一任輪值會長。身為“80後”，錢京成為該分會自成立以來最年輕的輪值會長；恆神股份還與遠景能源有限公司簽訂了戰略合作協議，雙方接下來將在風電葉片用低成本大絲束碳纖維開發、碳纖維拉擠板等領域展開深入合作。
“我們碳纖維行業正式進入‘80後’時段，這也體現出行業發展的新特點——有能力、有魄力、有活力。”該分會第三任輪值會長宋德武笑著說。
04
碳纖維復材實現低成本化須協同
無論是航空還是風電，都屬於碳纖維的應用市場。相比產業化初期面臨的“如何量產”的難題，當前，國產碳纖維實現突破性發展更要解決好“用出去”問題，也就是“需求牽引”。
而在“用出去”的過程中，碳纖維需要與基體材料複合使用，充分發揮其優異性能。當前，市場上使用最廣的是碳纖維增強樹脂基複合材料（CFRP），它在航空航天特別是飛機制造業領域應用廣泛，也是生產武器裝備的重要材料。複合材料的“低成本”製造技術，則是目前國際複合材料技術領域的核心問題之一。
徐樑華介紹：“複合材料的成本構成一般包括碳纖維成本、樹脂基體成本，以及複合材料製備過程中的成本，包括模具效率、成型能耗和纖維預製體等。”
常州宏發縱橫新材料科技股份有限公司總經理談昆倫介紹，複合材料的低成本製造技術包括材料技術低成本、設計技術低成本和製造技術低成本，涉及多種複合材料成型技術，如纖維、編織、纏繞、模壓、拉擠、 RTM等。
但是從現階段的實際情況看，徐樑華指出：“在應用中，已經不再是國產碳纖維價格貴的問題，而是國產碳纖維複合材料價格貴。當然，如果相關下游應用領域目前還嫌國產碳纖維貴，那也可以說這些領域其實是不需要用碳纖維的。”
那麼，國產碳纖維復材接下來如何進一步實現低成本化？可以從實現技術和協同機制兩個方面共同去突破。
從碳纖維材料本身的成本看，大絲束技術是目前國際市場上公認的碳纖維低成本製造技術之一。比如，日本東麗研發生產的拉伸強度為3530MPa、拉伸模量為230MPa的T300級3K小絲束碳纖維，當前每公斤的價格約為380元。而西格里研發生產的拉伸強度為4000MPa、拉伸模量為240MPa的CT50-4.0/240-E100級50K碳纖維，當前每公斤的價格約為120元。
在材料之外，談昆倫介紹，複合材料的低成本技術包括二維/三維低成本織造技術、預浸料低成本技術、複合材料低成本成型技術和自動化裝備技術等。比如，低成本預浸料技術的路線包括三個方面：一是纖維成本低、效率高的大絲束碳纖維展纖技術；二是單向及多軸向大克重預浸；三是固化特性和流動特性優化的樹脂體系的開發，包括低溫固化體系和滿足非熱壓罐（OOA）工藝要求（真空條件下的固化後低孔隙率）。
“不管做什麼材料，都需要應用牽引，需要對產業鏈條進行成本控制。企業要從纖維、中間材料（織物/預浸料) 、快速成型工藝、自動化加工量產設備等全產業鏈方面，努力降低復材的製造成本。”談昆倫說。
在協同機制方面，徐樑華建議：“產業鏈要組建起協同機制解決若干問題，綜合解決性能、價格貴、使用價值的問題。下一步，我們的碳纖維生產企業要去幫助複合材料企業降成本。從實際情況看，碳纖維企業每公斤產品的成本如果要降10元錢是很難的，但是復材企業的成本要降10元錢是很容易的。”
此外，復材的設計能力和的性能也是關鍵點。徐樑華指出，國內多數應用行業目前缺乏碳纖維複合材料設計能力，“用不好”問題突出，成為一種“難言之隱”。同時，複合材料性能不均衡問題待解決。
碳纖維樹脂基複合材料的性能包括拉伸性能、衝擊/CAI和壓縮性能，與高性能鋁合金材料相比，其拉伸模量和壓縮模量仍待極高。“我國對於碳纖維復材的拉伸性能和壓縮性能重視還不夠。”徐樑華說。
“接下來，針對風電、汽車、軌交、航空航天等不同應用領域的應用需求，企業應該努力找到性能和價格之間的平衡點。”多名業內人士都這樣說。
05
把握好新技術和終端需求新驅動
“超高強性能和低成本，是國際碳纖維未來兩大發展趨勢。”朱美芳說。
“5年後，我國的碳纖維產量預計將達到5萬噸，但前提是，要能把握住高質量和低成本兩大關鍵點。碳纖維的高質量，是指要能滿足複合材料的應用要求；低成本則包括碳纖維及其複合材料都要能實現低成本。”徐樑華說。
在新工藝和新技術方面，朱美芳介紹，碳纖維未來發展的新工藝是無需預氧化的新前驅體工藝；碳纖維復材的發展趨勢則包括幹纖維、三維編織、快速固化預浸料自動化鋪層技術、衝壓或注塑成型法快速製備碳纖維零部件技術等。
來自終端應用市場的需求驅動將有哪些？對此，張定金結合日本碳纖維協會發布的相關報告和日本東麗“AP-G2022中期管理計劃”指出，將主要體現在四個方面。
一是風電領域，將加速大絲束碳纖維生產設備的建設。廠家為提高發電效率，風葉長度會增加，為提高模量，降低風葉重量，將會加速用碳纖維材料來替代。中國則是世界上最大的風電市場，目前，我國碳纖維企業正以風電市場為一個重要目標，加速擴能。
二是氫能瓶，將以開發新工藝、規模化為目標，滿足需求。預計2021年後，燃料電池車將開始量產，氫氣瓶領域對碳纖維的需求將進一步增長；預計2022年，燃料電池車的生產量將超過5萬臺。
三是燃料電池，它可以用於汽車，在商務汽車、叉車、航天、飛車等領域也會擴大使用。
四是民用航空飛機，尤其是針對下一代“夢幻飛機”的材料研發，將給碳纖維和復材帶來很大機會。二氧化碳減排和基體輕量化的趨勢，將增大對碳纖維復材的需求。未來20年，預計飛機用碳纖維的需求量將增加1倍，尤其是單通道飛機的碳纖維用量將增加。
“當夢幻飛機實現後，將會給碳纖維帶來很大的產業機會。”張定金表示，“預計到2025年，全球碳纖維市場的需求量將增加到21.65萬噸。”
無疑，如何把握住這些新工藝、新技術以及新的重大需求，接下來也將成為擺在我國碳纖維龍頭企業面前的重要課題。
還值得注意的是，一邊是對新應用領域的開拓，另一邊則是對既有產品實現循環再利用。如何努力實現“循環利用的產業化”，也是我國碳纖維產業接下來踐行可持續發展必須面對的課題。
南通復源新材料科技有限公司總工程師、上海交通大學化學化工學院副教授楊斌指出，碳纖維復材在應用快速擴大的同時，也面臨著不溶、不熔、處理困難，製造過程中的報廢率高（約為30%~50%），傳統的直接填埋方式造成嚴重浪費等多個“痛點”。從碳纖維到預浸料織物，再到複合材料零部件和最終產品，產業鏈各環節都會產生廢棄物。2019年，國內碳纖維的報廢量大約為8300噸。
“南通復源2019年完成了生產線建設，建成了年處理能力達1500噸的產線。”楊斌還介紹，公司採用（無氧）裂解技術，實現了對碳纖維的工業化回收，能處理來自航空航天、體育休閒、汽車、風電、壓力容器、電子電器邊角料和報廢料等多個領域的碳纖維復材。而且，再生碳纖維能夠被二次利用，應用領域包括航空內飾、汽車零部件、電子電器和機械設備等。
“碳纖維及其復材是高價值產品，做好回收再利用，是對每一位碳纖維人的致敬。”楊斌感慨。
如果從產業整體看，“十四五”期間，我國碳纖維產業還需要把握好哪些思路？端小平指出：一是要制定符合我國市場特性和國產碳纖維特點的自主標準體系，但同時又不能過分強調獨立；二是要重視原料和輔料的自主保障，特別是大絲束原絲和樹脂；三是上下游要緊密合作，不斷提高纖維品質，開發新產品，繼續加大應用市場開拓，進一步縮短與碳纖維領先國家的差距；四是要理性投資，穩步發展，要避免低水平、同質化競爭，企業要深耕細作各自的細分市場，形成良性的互動和競爭，避免出現第二輪產能過熱；五是逐步提高回收再利用率，提高再利用水平，保護環境，踐行社會責任。
“碳纖維與常規纖維行業不一樣，它是有一定的進入門檻的，同時，客戶存在很大粘性，所以行業可能會出現‘強者恆強’的競爭態勢。對於新進入市場者和行業外的資本來說，應該認清碳纖維行業的這一特點。這些年，當年的一批碳纖維企業中，關的關、停的停。在第一輪市場洗牌中，很多人往往看到的是成功者的影子，而失敗者則容易被淡忘。產業當前正迎來新一輪發展，但大家不應忘記，之前那些頭破血流的企業是怎麼倒下來的，各類資本還是要謹慎投資。”端小平強調。
文| 本報記者 同黎娜
