2019全球碳纖維復(fù)合材料市場報(bào)告（一）
2020-05-06
前言
1.1 世界碳纖維發(fā)展簡史
總結(jié)世界碳纖維60年的發(fā)展歷史：既有近藤昭男、威廉姆·瓦特等依然閃耀的科學(xué)大師；也有在其中沉沙折戟的眾多著名公司，如日本東海、日本碳素、旭化成；英國皇家原子能公司、考陶爾茲、羅爾斯-羅伊斯,BP公司；美國聯(lián)碳、阿莫科、塞蘭尼斯，德國巴斯夫（BASF）；更有歷經(jīng)風(fēng)浪、依然傲立潮頭的如東麗、東邦、三菱等公司。
1.2.中國碳纖維發(fā)展簡史
我們對中國碳纖維歷史做個(gè)簡單介紹，對比世界碳纖維的60年發(fā)展，我們是57年歷史。
1960年代研究起步：最早是1962年中科院長春應(yīng)用化學(xué)所成立以李仍元先生為組長的“聚丙烯腈基碳纖維的研制”課題組，開展基礎(chǔ)研究，同期還有沈陽金屬研究所張名大先生。
1970年代的特點(diǎn)是舉國體制。1970年代初，中科院化學(xué)所為了滿足國家國防需要，組建了高分子復(fù)合材料物理研究室（九室，主任：吳人潔），重點(diǎn)研究“碳纖維連續(xù)化制備”和“縮短碳纖維制備周期研究”并取得“四氯化錫”催化等成果；上海合成纖維研究所于1970年代初，開展硫氰酸鈉法丙烯腈原絲研究；1972年，化工部吉林化工研究院開展硝酸法研制碳纖維PAN原絲，并在年產(chǎn)3噸裝置上取得硝酸一步法制取原絲，供山西燃化所(今煤化所)和長春應(yīng)化所研究碳纖維。山西燃化所用間接預(yù)氧化和碳化做研究，并開展連續(xù)預(yù)氧化和碳化試驗(yàn)。1975年上海合纖所提供給冶金部上海碳素廠2噸原絲研制碳纖維。1975年，11月13~24日在北京，由當(dāng)時(shí)的國防科委主任張愛萍親自主持召開了一次專題會(huì)議，部署國內(nèi)碳纖維研究工作，由國家計(jì)委安排500萬元資金做啟動(dòng)費(fèi)，制定了10年發(fā)展規(guī)劃，組織了原絲、碳化、結(jié)構(gòu)材料、防熱材料、測試檢驗(yàn)技術(shù)5個(gè)“攻關(guān)組” ，安排20多家研究和企業(yè)單位參加，如由吉林化學(xué)工業(yè)公司研究院、吉林遼源石油化工廠、蘭州化學(xué)工業(yè)公司化纖廠、上海合成纖維研究所采用不同溶劑路線研發(fā)聚丙烯腈（PAN）原絲；上海合成纖維研究所、吉林、上海、蘭州、撫順4家碳素廠、山西煤化所、中科院化學(xué)所等負(fù)責(zé)碳化技術(shù)研究；另外還安排了織物和材料應(yīng)用研究。1978年，國家科委恢復(fù)，碳纖維轉(zhuǎn)由科委為主管理，從1975至1981年底，中央各部委共投入到承擔(dān)碳纖維原絲、碳纖維制品等的民用研制的資金約2,600多萬元，共建設(shè)廠房、試驗(yàn)室20,000多平方米。建成PAN原絲試制動(dòng)力約50噸/年，碳纖維長絲的試制能力1.5～2.0噸/年。
1980年代的主格調(diào)是引進(jìn)。1984－1985年，國家科委鼓勵(lì)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，承諾將給予資金支持。1984年，冶金部支持上海碳素廠試圖引進(jìn)美國Hitco碳化設(shè)備，最終被美國國防部否決。1986，吉林化學(xué)工業(yè)公司經(jīng)過調(diào)研、詢價(jià)，世界各知名碳纖維公司均囿于“巴黎統(tǒng)籌條約”
限制，不轉(zhuǎn)讓技術(shù)、不出售設(shè)備，只有英國RK公司同意出售大絲束預(yù)氧化爐和碳化爐，經(jīng)過談判、考察，最終以450萬美元購買了生產(chǎn)能力為100噸（12K） /年碳化設(shè)備及相應(yīng)測試儀器，按當(dāng)時(shí)匯率折合2,731萬元。1990年經(jīng)多次試車，預(yù)氧化爐尚可，碳化爐始終開不起來。聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署（UNDP）和聯(lián)合國工發(fā)組織（UNIDO）批準(zhǔn)在北京設(shè)置 “碳纖維及其復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用”項(xiàng)目，由北京化工學(xué)院和北京航空材料研究所共同承擔(dān)，總經(jīng)費(fèi)共250萬美元；北京化工學(xué)院經(jīng)調(diào)研，同樣除英國RK公司外，沒有廠家愿意出售，最后由北京化工學(xué)院提供工藝參數(shù)，委托英國RK公司加工制造一套10噸級（12K）預(yù)氧化、碳化中試線，加工費(fèi)56萬美元。項(xiàng)目歷經(jīng)磨難，幾次因“可能有用于軍事”而險(xiǎn)些遭到封殺，原定3年完成的項(xiàng)目拖了7年，1993年6月才勉強(qiáng)“驗(yàn)收”，之后運(yùn)行效率不高。
1990年代的特點(diǎn)是停滯。只有吉化公司、吉林碳素廠和北京化工學(xué)院還在 “慘淡經(jīng)營” ，維持小批量供貨，其他研發(fā)單位基本退出了這一領(lǐng)域，吉林化工研究院硝酸一步法到1998年終止生產(chǎn)。
2000年代的特點(diǎn)是“大干快上”建設(shè)碳纖維熱潮。歐美的禁運(yùn)，導(dǎo)致市場上T300-3K的價(jià)格漲到8000元/公斤且有價(jià)無市，嚴(yán)重影響軍機(jī)的生產(chǎn)。師昌緒先生給江澤民主席寫了
“關(guān)于加速開發(fā)高性能碳纖維的請示報(bào)告”?！敖k” 將報(bào)告批轉(zhuǎn)到國家計(jì)委和科技部等部門，產(chǎn)生較大影響，對以后的經(jīng)費(fèi)落實(shí)起到了決定性影響?？萍疾繘Q定設(shè)立碳纖維專項(xiàng)，組成了專家小組，由中科院化學(xué)所副所長徐堅(jiān)任組長，北京化工大學(xué)徐樑華任副組長。把碳纖維列入863計(jì)劃新材料領(lǐng)域，2002年，安徽華皖集團(tuán)從英國引進(jìn)AMEC（DR.ROSE)的PAN和CF技術(shù)和設(shè)備，碳化能力200噸/年。之后我們所有的碳纖維研究機(jī)構(gòu)，如吉林化學(xué)（后中石油吉化公司）、北京化工大學(xué)、中科院山西煤化所、山東大學(xué)、東華大學(xué)等一批科技機(jī)構(gòu)，迅速成為工業(yè)技術(shù)的轉(zhuǎn)讓者，整個(gè)2000這十年，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，上碳纖維項(xiàng)目的超過40家，投資規(guī)模超過300億元人民幣，全世界的設(shè)備制造廠迎來了中國盛宴。
2010年代的特點(diǎn)是反思“狂飆猛進(jìn)”和“優(yōu)勝劣汰”。2012年，筆者與申屠年先生合作發(fā)表了《對中國碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀的反思》，同年的香山會(huì)議上做報(bào)告，得到行業(yè)及政府主管部門的廣泛認(rèn)同與共鳴。從產(chǎn)業(yè)角度，燒錢開始讓人心慌與絕望，出現(xiàn)了很多“爛尾樓”與“僵尸企業(yè)”。同時(shí)，認(rèn)真積累技術(shù)、踏實(shí)工作的企業(yè)迎來了春天：光威集團(tuán)與中簡成功上市，中復(fù)神鷹扭虧為盈，吉林化纖成為國內(nèi)原絲龍頭，中石化上海石化大展宏圖。整個(gè)中國碳纖維企業(yè)從高峰時(shí)超過40家變成今天的十余家企業(yè)，市場的優(yōu)勝劣汰的力量是巨大的。
上述的中國歷史素材，均摘抄于國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料專家如李克健、羅益峰、陳紹杰、徐堅(jiān)等老師的文章，在此一并致謝！我們呼吁同行重視歷史的記錄，復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展需要很長的時(shí)間，技術(shù)需要傳承，文化與歷史也需要。人人均可成為歷史的記錄者，我們賽奧碳纖維愿意為全國同行提供協(xié)助與支持，發(fā)表、整理與保存這些歷史資料。
總結(jié)成功公司的特點(diǎn)：用30年時(shí)間踏實(shí)完成實(shí)驗(yàn)線-工程線-工業(yè)化的道路，注重產(chǎn)業(yè)鏈與應(yīng)用生態(tài)的開發(fā)。
1.3.國外與中國發(fā)展史的比較
對比世界與中國的60年，我們能得到什么呢？總體印象，如同碳纖維老前輩中科院化學(xué)所原副所長吳人潔先生曾說過：我們就像一個(gè)剛醒來的人，打哈欠，伸懶腰，總也起不來床。這種“起不來床”的感覺，至今猶存。70年代的舉國體制模式旨在解決軍品問題時(shí)，國際上主流是在做工程化；80年代的引進(jìn)模式時(shí)，國際上在做工業(yè)化與商業(yè)化；90年代我們進(jìn)入最困難時(shí)期時(shí)，國際在并購與資源重整；2000年代，我們狂飆猛進(jìn)時(shí)，國際巨頭貌似平靜，實(shí)則準(zhǔn)備碳飛機(jī)、碳汽車及碳葉片的巨大應(yīng)用；2010年代，我們在反思、在優(yōu)勝劣汰，而國際在收獲大應(yīng)用帶來的大收益與大發(fā)展。對照歷史之下，其實(shí)我并未太遺憾，畢竟我們60、70、80年代的工業(yè)技術(shù)、企業(yè)化的水平與世界同期差距甚大，90年代的主格調(diào)是“下海經(jīng)商”，肉吃得容易，誰還會(huì)去啃“硬骨頭”？
如果要講遺憾，就是2000年代后，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)簡單放大，直接躍進(jìn)工業(yè)化，缺少的工程化技術(shù)開發(fā)，在企業(yè)的工業(yè)裝置上燒錢來做；技術(shù)無特色，落后技術(shù)重復(fù)建設(shè)。這其中，提供技術(shù)方盲目自信，對工程與工業(yè)缺乏基本的敬畏，企業(yè)家利用小農(nóng)經(jīng)濟(jì)（或簡單制造型經(jīng)濟(jì)）獲得的成功經(jīng)驗(yàn)用于碳纖維，對復(fù)雜產(chǎn)品技術(shù)缺乏思想與戰(zhàn)略；社會(huì)對高科技招牌行騙缺乏辨別能力，尤其地方政府主導(dǎo)的項(xiàng)目多次被騙，浪費(fèi)了大量的社會(huì)資源。這充分反映了整個(gè)社會(huì)“好大喜功，急功近利”的心態(tài)。當(dāng)然，我們也可以說，這是中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入工業(yè)文明階段必然要交的學(xué)費(fèi)。
從社會(huì)的層面，國際上，二戰(zhàn)之后，大家均在大力發(fā)展科技強(qiáng)國，產(chǎn)業(yè)的社會(huì)環(huán)境相對穩(wěn)定，英美日本之間的國際合作非常頻繁，70年代，美國人創(chuàng)造的碳纖維高爾夫球桿，網(wǎng)球拍，啟發(fā)了日本成為當(dāng)時(shí)的碳纖維體育器材的強(qiáng)國，有效地支撐了產(chǎn)業(yè)的嬰兒成長期；80年代，美國波音公司掀起了航空碳纖維的應(yīng)用，又幫助碳纖維產(chǎn)業(yè)順利完成了兒童期；同期，日本所有碳纖維企業(yè)均與美國公司相互轉(zhuǎn)讓碳纖維生產(chǎn)技術(shù)，幫助了美國碳纖維的成長。這說明，一個(gè)先進(jìn)的材料的誕生與成長，需要全球高端應(yīng)用的哺育的產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)。
而我們的60-70年代，政治運(yùn)動(dòng)頻繁，最初開始研究碳纖維的李仍元老師據(jù)說也受到文革的影響，分別轉(zhuǎn)戰(zhàn)吉林遼源石油化工廠、中國紡織大學(xué)，安徽大學(xué)（80年代）堅(jiān)持碳纖維研究；張愛萍將軍主持的7511會(huì)議及之后的全國碳纖維大會(huì)戰(zhàn)，算是一個(gè)亮點(diǎn)與高峰。改革開放的80、90年代，技術(shù)引進(jìn)是政策主格調(diào)，但受制于“巴黎統(tǒng)籌條約”限制，只能引進(jìn)世界三流技術(shù)；而同期，以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為主，軍工企業(yè)一片蕭條，沒有60-70年代重視軍工的政策環(huán)境，嚴(yán)重缺乏應(yīng)用動(dòng)力。90年代末到2000年代，以臺資為代表的碳纖維體育器材進(jìn)入大陸地區(qū)，大陸的體育器材中玻璃纖維向碳纖維轉(zhuǎn)移，這形成了新的發(fā)展動(dòng)力。2005年后，軍工企業(yè)逐步得到重視，對碳纖維的需求開始觸發(fā)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。平穩(wěn)的政治經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對特定產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。從60年代到今天，我們的碳纖維產(chǎn)業(yè)的主體是在國內(nèi)打轉(zhuǎn)，還沒有融入國際高端產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)圈。近幾年，光威及澳盛的碳梁產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入國際產(chǎn)業(yè)鏈，這是個(gè)非常欣慰的進(jìn)步！
全球化的今天，嚴(yán)格意義的“自主創(chuàng)新”是不客觀與不現(xiàn)實(shí)的，更多地是在人類成果基礎(chǔ)上的集成創(chuàng)新或再創(chuàng)新。我們需要解決“短板”與“卡脖子”難題，練好技術(shù)內(nèi)功，目的不是自給自足、自我封閉、與世界為敵。用更強(qiáng)的能力融入世界高端產(chǎn)業(yè)鏈及生態(tài)，是碳纖維企業(yè)發(fā)展壯大的必然之路。
1.4.全球碳纖維歷史里程碑
下一頁，我們對碳纖維發(fā)展中的發(fā)現(xiàn)及技術(shù)發(fā)明、重大應(yīng)用突破以及產(chǎn)業(yè)政策選為里程碑事件。旨在讓大眾對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建立清晰的歷史觀。偉大有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其中之一是為世界工業(yè)文明做出里程碑意義的重大貢獻(xiàn)，我想這應(yīng)是當(dāng)代中國碳纖維同仁的奮斗目標(biāo)之一。
2.全球碳纖維市場
2.1. 全球碳纖維市場需求-年份
2019年的全球碳纖維需求數(shù)據(jù)，是根據(jù)國際上公認(rèn)的增長率12%這個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算而來的，總需求量為103,700噸，這其中，中國的需求數(shù)據(jù)37，840噸是精準(zhǔn)的，占了36.4%。假如國際需求量數(shù)字太小，中國的占比就會(huì)更大，這顯然有悖于常識。畢竟我們很清楚，歐美日本是碳纖維需求的大國。
2019年的全球市場，除了如航空航天、體育器材、汽車、建筑補(bǔ)強(qiáng)、模塑混配等經(jīng)典分市場的穩(wěn)步發(fā)展之外，風(fēng)電、壓力容器市場增長迅速，這是驅(qū)動(dòng)整個(gè)市場的重要引擎。另外，各大碳纖維公司均看好單通道飛機(jī)平臺大量采用碳纖維的前景。這些均為市場注入了強(qiáng)大的活力。
2019年，全球碳纖維經(jīng)歷了60年的努力，把碳纖維的需求第一次做到10萬噸以上。這是碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性決定的。當(dāng)絕大部分核心技術(shù)被人類掌握之后，下一個(gè)10萬噸的增長，時(shí)間會(huì)急劇縮短，我們預(yù)測2025年就會(huì)進(jìn)入20萬噸，2030年會(huì)進(jìn)入40-50萬噸。
2.2. 全球碳纖維市場需求-應(yīng)用（千噸）
總量：103,700噸
總體來講，絕大部分分市場，均是基于2018年基礎(chǔ)，增長率為12%左右的增長：
航空航天（包含軍工）：2019的數(shù)據(jù)比去年增加12%，主要是波音787及空客350的產(chǎn)能的增加。
風(fēng)電葉片：風(fēng)電市場的碳纖維需求強(qiáng)勁，對比2018年增長了16%，主要依賴于風(fēng)電巨頭VESTAS強(qiáng)勢驅(qū)動(dòng)，其他風(fēng)電廠家對需求的牽引還不明顯。
體育休閑：每年按照4-5%的中速穩(wěn)定增長。
2.3. 全球碳纖維市場需求-應(yīng)用（美元）
總量：2,870百萬美元
全球碳纖維的銷售金額為28.7億美元，比2018年25.71億美元增長了11.6%，銷售金額的增長并未與銷售額的增長完全對應(yīng)。主要原因是風(fēng)電市場的對碳纖維數(shù)量雖然大，但由于單價(jià)較低，對總體金額貢獻(xiàn)不顯著。
2.4. 全球碳纖維市場需求-產(chǎn)品（千噸）
總量：103,700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
巨絲束Giant Tow：大于100K
巨絲束并非新產(chǎn)品，這是目前腈綸的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，另外，也是國際主流預(yù)氧絲的主要原料，更是諸多功能性碳纖維材料的首選，比如碳紙、碳?xì)帧⑻继紡?fù)合材料的預(yù)制體等。
巨絲束能否加入大絲束市場的競爭？這是完全可能的，從原絲角度，它可以借助腈綸行業(yè)近百年積累的工業(yè)基礎(chǔ)與成本優(yōu)勢，原絲與腈綸生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)良好的互動(dòng)與互補(bǔ)。從碳化角度：必須從技術(shù)上解決巨絲束在碳化線的邊際效益問題，比如超長的預(yù)氧化時(shí)間、低溫爐排廢等問題，這不是一個(gè)“靈機(jī)一動(dòng)”的概念，是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)體系。
有人擔(dān)心巨絲束后續(xù)成型工藝，這是思維局限在經(jīng)典的小絲束成型工藝之中了。只要有高性價(jià)比的巨絲束碳纖維批量供應(yīng)，產(chǎn)業(yè)鏈及應(yīng)用就會(huì)很快開發(fā)出多種多樣的成型工藝。
來源：ATA-ACIH
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