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掌握前沿创新理念科学发展——中国碳纤维及其复合材料发展之我见林刚1，冯军1，申屠年2[1.赛奥机械（广州）有限公司，广州510075；2.富阳特种纤维应用研究所，浙江富阳，311400]摘要:概述了碳纤维市场的广阔机遇和中国碳纤维行业的严峻挑战。通过对国际碳纤维成本构成、利润水平以及碳纤维产业链的分析，重点探讨了中国碳纤维产业“平民化”发展的创新思路，提出发展大丝束碳纤维和确立“质量灰色地带”的建议，引导中国碳纤维产业走向良性循环的科学发展之路。关键词:碳纤维；复合材料；产业链；大丝束；“质量灰色地带”；“平民化”之路中图分类号:TQ342.742；TQ327.3文献标识码:A文章编号:1007-9815（2010）05-0020-06收稿日期:2010-10-08作者简介:林刚（1971-），男，四川人，高级工程师，主要从事高性能纤维及复合材料设备的研发制造和贸易方面的工作，(电话)020-37613051（电子信箱）sales@atamachinery.com。Vol.35No.5Oct.2010高科技纤维与应用Hi-TechFiber&Application第35卷第5期2010年10月赛奥机械（广州）有限公司是国内专业代理销售碳纤维设备的厂家，经过十多年的不懈努力与开拓，目前已与国际知名的碳纤维及其复合材料设备厂商：德国SAHM公司和DURR公司，美国DESPATCH公司和CDI公司，建立了长期的战略合作关系，同时自主研发了碳化线放卷纱架、驱动装置、表面处理及上浆装置等碳纤维生产设备，业已形成了碳化线整线配套供应能力。回顾历史，展望未来，我们充满信心，对现阶段国内碳纤维及其复合材料的发展也有了更深刻的认识。在此愿将我们粗浅的观点与业界讨论和分享。HoldingFrontiers,InnovatingConcept,ScientificDeveloping——ViewsonthedevelopmentofChineseCarbonFiberandCompositesLINGang1,FENGJun1,SHENTUNian2[1.ATAMachinery(Guangzhou)Co.,Ltd.,Guangzhou,510075,China;2.FuyangSpecialFiberApplicationInstitute,FuyangZhejiang,311400,China]Abstract:ThegreatchanceofcarbonfibermarketandseverechallengefacedbyChinesecarbonfiberindustryweresummarized.Withtheanalysistothecostandprofitofcarbonfiber,thecarbonfiberindustrychain,theciviliancivi-lizationroadofChinesecarbonfiberindustrywereemphaticallydiscussedandprobed,andproposedthatweshouldadoptbigtowcarbonfiberandestablishgreyqualityzonestrategytoleadChina’scarbonfiberindustrygotoavirtu-ouscircleofscientificdevelopingroad.Keywords:carbonfiber;composites;industrychain;bigtow;“greyqualityzone”;“civiliancivilization”road1碳纤维市场特点及商机展望世界碳纤维产能、需求和价格变化见图1。国际碳纤维市场的发展呈现波浪型推进。2000年前后和2008年前后两次碳纤维的市场波峰和各级政府的大力推动，使我国大量投资者进入碳纤维领域。从全球碳纤维发展40年历史看，供需信息不对称或矛盾是造成近20年碳纤维价格波动的主要原因。前一轮的价格高峰从2007年开始，到2009年突然下滑，使一些碳纤维厂不得不关闭部分生产线，业界认为主要原因是商用大飞机生产的延误所致。从2008年起世界各主要厂家的扩产计划重新启动，日本企业预测碳纤维材料价格将上涨。主要碳纤维厂不同年份新产能的增加情况及年平均增长率见图2和表1。Zoltek公司依据目前迅猛增长的风电叶片和汽车市场，在2010年9月30日的国际碳纤维会发表观点认为：2010～2013年，碳纤维市场需求将以每年30%增长；到2017年，全球碳纤维的产能将达到40万t/a，而2010年全球的产能也就5万t/a。由此新一轮价格上涨趋势已形成，至2010年底，全年涨幅超70%已成事实。2中国碳纤维领域的投资现状及严峻挑战据不完全统计，到目前为止国内已有32家公司宣布投资碳纤维领域，同时国内还有10家碳纤维专门研究机构。如果按这32家宣布的计划产能，已经是目前全世界实际产能数据的2～3倍。这32家公司分布在16个省、市或直辖市（见图3），其中已经实际投入的有28家，目前，已经投产的有17家；其中，绝大部分实际产能在100t/a以下。目前大都已开工碳纤维厂家的产品规格是1k、3k或6k，个别有12k，性能在T300级水平图1世界碳纤维的产能、需求和价格变化图表1世界主要碳纤维厂产能平均年增长率统计图2世界碳纤维厂不同年份新产能的增加情况高尔夫球杆和钓鱼竿(1974)碳纤维进入航空应用领域(1977)碳纤维进入大型商用飞机领域(1985)新生产线同时启动，产能大幅增加(1997～1999)工业用碳纤维需求大幅增加(2000～)将来产能将如何发展？将来需求将如何提升？影响成本的主要因素？(产能)(价格)(需求)1970198019902000201050454035302520151050年份/a估计产能和需求/kt估计标准碳纤维价格/(美元·lb-1)40353025201510507美元/lb(2000～2004)厂家名称2007～2008年2002～2007年Formosa55.716.4Zoltek44.630.9SGL37.98.8Toho29.710.2Toray28.813.7Hexcel26.87.0Mitsubishi011.6Cytec014.9%注：1lb=0.454kg20042005200620072008年份/a-505101520253035新产能增加/(×106lb)FormosaHexcelCytecAldila+SGLSGLMitsubishiTorayTohoZoltek林刚，冯军，申屠年:掌握前沿创新理念科学发展——中国碳纤维及其复合材料发展之我见第5期-21-左右，品质均匀度还有待提高；T700级碳纤维还没有批量生产，24k以上的大丝束也基本没有形成量产。由于市场小丝束碳纤维的需求量有限，不少已经开工的企业正在为碳纤维的销路发愁。3国际碳纤维利润与成本⑴根据2001～2002年的数字，国际主要碳纤维厂利润情况见表2（平均行业利润率：15.7%）。⑵碳纤维的成本构成见图4，各工艺分担成本见表3。4碳纤维的产业链和价值链4.1碳纤维的取材形式及比例预浸布：51.6%，编织布：20%（其中有12.4%要经过预浸进入后段），短切纱：19%，纤维丝束通过缠绕等方式直接使用：9.9%，具体见图5。江苏吉林上海浙江内蒙古河北安徽甘肃辽宁山东广东北京山西四川河南陕西01234567厂家数图3中国碳纤维投资者省份分布表2国际主要碳纤维厂商利润情况厂家名称销售额净利润Toray1005Toho8015Mitsubishi6010SGL255Cytec3410Zoltek365Hexcel7510Fortafil165合计42667百万美元图4碳纤维的成本构成原丝：51%公用工程：18%折旧：12%人工：10%其他：9%表3碳纤维各制造工艺分担成本工艺成本/(美元·lb-1)成本比/%原丝5.0451氧化1.5416碳化2.3223表面上浆0.374卷绕包装0.616总计9.881004.2碳纤维产业链关联度非常紧密，上游帮扶下游就是帮自己碳纤维产业链见图6所示。碳纤维制造企业因为资金和技术的优势，要成为引领整个产业链的生力军！市场培育任重道远！只有不断推进从碳纤维向纤维材料以及复合材料制品的纵深发展，完善产业链，扩大碳纤维的应用范围，才能使整个碳纤维行业实现跨越式的发展。注：1lb=0.454kg高科技纤维与应用-22-第35卷碳纤维（24850t）8400t织物3200t5200t7600t预浸布碳纤维复合材料（41500t）织物单向布5300t8700t12700t7900t6900t4750t(短纤)4100t(丝束)图5从碳纤维到碳纤维复合材料制品的形式分布及用量情况图6由碳纤维衍生的碳纤维复合材料产业链示例碳纤维纤维材料制品复合材料构件复合材料产品总成林刚，冯军，申屠年:掌握前沿创新理念科学发展——中国碳纤维及其复合材料发展之我见第5期-23-碳纤维，到什么时候才用到波音和空客上的？如果我们盲目效仿日本碳纤维企业的发展轨迹，从小丝束起步，以航空航天应用为主，这或将把整个产业带入歧途。因为无论是技术水准，艰难的航空适航认证，还是市场、政治等因素，中国的企业在相当时间内是不可能成为波音和空客等公司的主力供应商。随着风电叶片市场和汽车市场近几年的迅猛发展，日本碳纤维企业普遍反思认为：没有认真发展大丝束及其应用是他们最大的战略失误，看着欧美大丝束企业迅猛的扩产，这些日本企业正快马加鞭，努力赶超在大丝束碳纤维生产的差距。中国有不少碳纤维的工业或商用需求，但对我们小丝束昂贵的价格望而却步，导致有价无市，生产线闲置。另外在航空航天之外的碳纤维应用，由于成本控制，主要以24k以上的大丝束为主，由于成本和后段加工效率因素，大丝束化的趋势异常强劲，很多专家认为：把小丝束和大丝束都加工成一幅单向预浸料，这还能区别大小丝束吗？而其中的材料和加工成本的差距巨大！所以中国碳纤维企业的发展模式，师从日本企业是没有出路的。而SGL、Zoltek和甚至后来者土耳其的AKSA，必然会在这几年市场需求爆炸式的增长中获得长足的发展（据报道：一支大尺寸风电叶片大约需要500kg碳纤维，一款30万辆的汽车需要近3万t碳纤维），倒是他们成功的发展之路应该值得我们好好研究和效仿。⑵性能的提升和质量的稳定需要一个长期过程，国产碳纤维能否通过“质量灰色地带”进入市场？从我国很多产业的发展历史看，总是经历着“质欠价廉”到“质优价廉”的竞争力塑造过程，通过“质欠价廉”切入市场，或者说从“质量灰色地带”进入市场，恐怕是我们大多数碳纤维企业都必须经历的过程。碳纤维性能和质量的提升和稳定是一个长期的过程。日本东丽从1970年代到现在，仍一直在不断努力其产品性能和质量的稳定性。且稳定化工作不光是碳纤维企业埋头苦干，还需要后端应用企业的大力配合，并根据功能用途、次承力件或主承力件等不同应用要求而逐步提升。想在短时间内就把碳纤维性能和质量做高做稳定，然后4.3碳纤维产业链中的价值链我们常听到关于碳纤维价值链的说法是：从石油原料到碳纤维，增值关系是1到3，而把碳纤维做成复合材料，增值可以到10。而国际上还有一个类似的说法：一个工业用碳纤维复合材料零件的成本构成，其中碳纤维和树脂的成本占25%，把碳纤维转成预浸料或编织布（我们称之为纤维材料），转化成本为15%，而把纤维材料制造成复合材料构件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要是沿袭于航空航天的成型工艺效率太低。当很多人抱怨：碳纤维因为价格太高而影响其应用面时，我们必须重视除了25%～30%的碳纤维成本之外的其它70%～75%的纤维和构件成型的巨大成本。否则，即使碳纤维成本降得再低，做出的复合材料成本还是惊人！5中国碳纤维“平民化”发展之路探讨碳纤维因品种和质量的不同，价格从100多元/kg到5万多元/kg（日本东丽的M60J据说曾炒到这个价格）都有。其中，走小批量、高精尖的品种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