2019全球碳纖維復合材料市場報告（一）
2020-05-06
前言
1.1 世界碳纖維發(fā)展簡史
總結世界碳纖維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年中科院長春應用化學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，開展基礎研究，同期還有沈陽金屬研究所張名大先生。
1970年代的特點是舉國體制。1970年代初，中科院化學所為了滿足國家國防需要，組建了高分子復合材料物理研究室（九室，主任：吳人潔），重點研究“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)和長春應化所研究碳纖維。山西燃化所用間接預氧化和碳化做研究，并開展連續(xù)預氧化和碳化試驗。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，由當時的國防科委主任張愛萍親自主持召開了一次專題會議，部署國內碳纖維研究工作，由國家計委安排500萬元資金做啟動費，制定了10年發(fā)展規(guī)劃，組織了原絲、碳化、結構材料、防熱材料、測試檢驗技術5個“攻關組” ，安排20多家研究和企業(yè)單位參加，如由吉林化學工業(yè)公司研究院、吉林遼源石油化工廠、蘭州化學工業(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、中科院化學所等負責碳化技術研究；另外還安排了織物和材料應用研究。1978年，國家科委恢復，碳纖維轉由科委為主管理，從1975至1981年底，中央各部委共投入到承擔碳纖維原絲、碳纖維制品等的民用研制的資金約2,600多萬元，共建設廠房、試驗室20,000多平方米。建成PAN原絲試制動力約50噸/年，碳纖維長絲的試制能力1.5～2.0噸/年。
1980年代的主格調是引進。1984－1985年，國家科委鼓勵引進國外先進技術，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美國Hitco碳化設備，最終被美國國防部否決。1986，吉林化學工業(yè)公司經(jīng)過調研、詢價，世界各知名碳纖維公司均囿于“巴黎統(tǒng)籌條約”
限制，不轉讓技術、不出售設備，只有英國RK公司同意出售大絲束預氧化爐和碳化爐，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） /年碳化設備及相應測試儀器，按當時匯率折合2,731萬元。1990年經(jīng)多次試車，預氧化爐尚可，碳化爐始終開不起來。聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）和聯(lián)合國工發(fā)組織（UNIDO）批準在北京設置 “碳纖維及其復合材料的開發(fā)應用”項目，由北京化工學院和北京航空材料研究所共同承擔，總經(jīng)費共250萬美元；北京化工學院經(jīng)調研，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）預氧化、碳化中試線，加工費56萬美元。項目歷經(jīng)磨難，幾次因“可能有用于軍事”而險些遭到封殺，原定3年完成的項目拖了7年，1993年6月才勉強“驗收”，之后運行效率不高。
1990年代的特點是停滯。只有吉化公司、吉林碳素廠和北京化工學院還在 “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年代的特點是“大干快上”建設碳纖維熱潮。歐美的禁運，導致市場上T300-3K的價格漲到8000元/公斤且有價無市，嚴重影響軍機的生產(chǎn)。師昌緒先生給江澤民主席寫了
“關于加速開發(fā)高性能碳纖維的請示報告”?！敖k” 將報告批轉到國家計委和科技部等部門，產(chǎn)生較大影響，對以后的經(jīng)費落實起到了決定性影響?？萍疾繘Q定設立碳纖維專項，組成了專家小組，由中科院化學所副所長徐堅任組長，北京化工大學徐樑華任副組長。把碳纖維列入863計劃新材料領域，2002年，安徽華皖集團從英國引進AMEC（DR.ROSE)的PAN和CF技術和設備，碳化能力200噸/年。之后我們所有的碳纖維研究機構，如吉林化學（后中石油吉化公司）、北京化工大學、中科院山西煤化所、山東大學、東華大學等一批科技機構，迅速成為工業(yè)技術的轉讓者，整個2000這十年，據(jù)不完全統(tǒng)計，上碳纖維項目的超過40家，投資規(guī)模超過300億元人民幣，全世界的設備制造廠迎來了中國盛宴。
2010年代的特點是反思“狂飆猛進”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合材料產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀的反思》，同年的香山會議上做報告，得到行業(yè)及政府主管部門的廣泛認同與共鳴。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，認真積累技術、踏實工作的企業(yè)迎來了春天：光威集團與中簡成功上市，中復神鷹扭虧為盈，吉林化纖成為國內原絲龍頭，中石化上海石化大展宏圖。整個中國碳纖維企業(yè)從高峰時超過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，均摘抄于國內碳纖維復合材料專家如李克健、羅益峰、陳紹杰、徐堅等老師的文章，在此一并致謝！我們呼吁同行重視歷史的記錄，復雜技術系統(tǒng)的發(fā)展需要很長的時間，技術需要傳承，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。
總結成功公司的特點：用30年時間踏實完成實驗線-工程線-工業(yè)化的道路，注重產(chǎn)業(yè)鏈與應用生態(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所原副所長吳人潔先生曾說過：我們就像一個剛醒來的人，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，國際上主流是在做工程化；80年代的引進模式時，國際上在做工業(yè)化與商業(yè)化；90年代我們進入最困難時期時，國際在并購與資源重整；2000年代，我們狂飆猛進時，國際巨頭貌似平靜，實則準備碳飛機、碳汽車及碳葉片的巨大應用；2010年代，我們在反思、在優(yōu)勝劣汰，而國際在收獲大應用帶來的大收益與大發(fā)展。對照歷史之下，其實我并未太遺憾，畢竟我們60、70、80年代的工業(yè)技術、企業(yè)化的水平與世界同期差距甚大，90年代的主格調是“下海經(jīng)商”，肉吃得容易，誰還會去啃“硬骨頭”？
如果要講遺憾，就是2000年代后，實驗室技術簡單放大，直接躍進工業(yè)化，缺少的工程化技術開發(fā)，在企業(yè)的工業(yè)裝置上燒錢來做；技術無特色，落后技術重復建設。這其中，提供技術方盲目自信，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（或簡單制造型經(jīng)濟）獲得的成功經(jīng)驗用于碳纖維，對復雜產(chǎn)品技術缺乏思想與戰(zhàn)略；社會對高科技招牌行騙缺乏辨別能力，尤其地方政府主導的項目多次被騙，浪費了大量的社會資源。這充分反映了整個社會“好大喜功，急功近利”的心態(tài)。當然，我們也可以說，這是中國經(jīng)濟進入工業(yè)文明階段必然要交的學費。
從社會的層面，國際上，二戰(zhàn)之后，大家均在大力發(fā)展科技強國，產(chǎn)業(yè)的社會環(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)了日本成為當時的碳纖維體育器材的強國，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讓碳纖維生產(chǎn)技術，幫助了美國碳纖維的成長。這說明，一個先進的材料的誕生與成長，需要全球高端應用的哺育的產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)。
而我們的60-70年代，政治運動頻繁，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，分別轉戰(zhàn)吉林遼源石油化工廠、中國紡織大學，安徽大學（80年代）堅持碳纖維研究；張愛萍將軍主持的7511會議及之后的全國碳纖維大會戰(zhàn)，算是一個亮點與高峰。改革開放的80、90年代，技術引進是政策主格調，但受制于“巴黎統(tǒng)籌條約”限制，只能引進世界三流技術；而同期，以經(jīng)濟建設為主，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，嚴重缺乏應用動力。90年代末到2000年代，以臺資為代表的碳纖維體育器材進入大陸地區(qū)，大陸的體育器材中玻璃纖維向碳纖維轉移，這形成了新的發(fā)展動力。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)濟的發(fā)展，對特定產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關重要。從60年代到今天，我們的碳纖維產(chǎn)業(yè)的主體是在國內打轉，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)進入國際產(chǎn)業(yè)鏈，這是個非常欣慰的進步！
全球化的今天，嚴格意義的“自主創(chuàng)新”是不客觀與不現(xiàn)實的，更多地是在人類成果基礎上的集成創(chuàng)新或再創(chuàng)新。我們需要解決“短板”與“卡脖子”難題，練好技術內功，目的不是自給自足、自我封閉、與世界為敵。用更強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)及技術發(fā)明、重大應用突破以及產(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。偉大有多個標準，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，我想這應是當代中國碳纖維同仁的奮斗目標之一。
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)國際上公認的增長率12%這個數(shù)據(jù)計算而來的，總需求量為103,700噸，這其中，中國的需求數(shù)據(jù)37，840噸是精準的，占了36.4%。假如國際需求量數(shù)字太小，中國的占比就會更大，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、建筑補強、模塑混配等經(jīng)典分市場的穩(wěn)步發(fā)展之外，風電、壓力容器市場增長迅速，這是驅動整個市場的重要引擎。另外，各大碳纖維公司均看好單通道飛機平臺大量采用碳纖維的前景。這些均為市場注入了強大的活力。
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。這是碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈的復雜性決定的。當絕大部分核心技術被人類掌握之后，下一個10萬噸的增長，時間會急劇縮短，我們預測2025年就會進入20萬噸，2030年會進入40-50萬噸。
2.2. 全球碳纖維市場需求-應用（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，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。
風電葉片：風電市場的碳纖維需求強勁，對比2018年增長了16%，主要依賴于風電巨頭VESTAS強勢驅動，其他風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。主要原因是風電市場的對碳纖維數(shù)量雖然大，但由于單價較低，對總體金額貢獻不顯著。
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
巨絲束Giant Tow：大于100K
巨絲束并非新產(chǎn)品，這是目前腈綸的標準狀態(tài)，另外，也是國際主流預氧絲的主要原料，更是諸多功能性碳纖維材料的首選，比如碳紙、碳氈、碳碳復合材料的預制體等。
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)基礎與成本優(yōu)勢，原絲與腈綸生產(chǎn)實現(xiàn)良好的互動與互補。從碳化角度：必須從技術上解決巨絲束在碳化線的邊際效益問題，比如超長的預氧化時間、低溫爐排廢等問題，這不是一個“靈機一動”的概念，是一個復雜的技術體系。
有人擔心巨絲束后續(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。只要有高性價比的巨絲束碳纖維批量供應，產(chǎn)業(yè)鏈及應用就會很快開發(fā)出多種多樣的成型工藝。
來源：ATA-ACIH
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