碳纖維按生產(chǎn)原材料可分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。目前全球PAN基碳纖維的產(chǎn)量約占碳纖維總 產(chǎn)量的90%，為主流產(chǎn)品。按照碳纖維絲束中的單絲數(shù)量，聚丙烯腈基碳纖維又可分為小絲束和大絲束兩種。相比小絲束，大絲束的劣勢在于，在制作板材等結(jié)構(gòu)時，絲束不宜展開，導(dǎo)致單層厚度增加，不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外，大絲束碳纖維粘連、斷絲等現(xiàn)象更多，這樣會使強(qiáng)度、剛度受影響，性能有所降低，性能的分散性也會較大。飛機(jī)、航天器一般只用小絲束碳纖維，因此小絲束碳纖維又被稱為“航空級”碳纖維，大絲束碳纖維被稱為“工業(yè)級”碳纖維。

    碳纖維自20世紀(jì)60年代起源于日本，歷經(jīng)幾十年技術(shù)發(fā)展和市場培育，日本和美國已經(jīng)實質(zhì)上完成了對碳纖維核心技術(shù)和市場的壟斷。

    世界各國企業(yè)中，日本的東麗（Toray）、東邦（Toho）、三菱麗陽（Mitsubishi）三家企業(yè)碳纖維產(chǎn)能最大、產(chǎn)品力學(xué)性能能品級齊全、規(guī)格豐富，堪稱引領(lǐng)世界碳纖維發(fā)展的“三駕馬車”。

    尤其是東麗公司長期占據(jù)了世界碳纖維領(lǐng)頭羊地位。東麗的產(chǎn)品型號規(guī)格十分齊全，涵蓋中高強(qiáng)（東麗的T系列產(chǎn)品，例如我們經(jīng)常在新聞看到的T800、T1000）、高強(qiáng)度中模量（M系列產(chǎn)品）、高強(qiáng)度高模量（MJ系列產(chǎn)品）各種性能級別的碳纖維，可滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域需求。而且，東麗產(chǎn)品性能穩(wěn)定，拉伸強(qiáng)度和彈性模量的離散系數(shù)均<3%。

    找到一張2011年各家企業(yè)碳纖維市場份額的分布（如上圖），日本占據(jù)絕大部分市場份額。全球市場份額被寥寥數(shù)家公司占據(jù)。

    日本企業(yè)和美歐企業(yè)在碳纖維上還是有一些差異。美歐企業(yè)主要生產(chǎn)大絲束碳纖維，日本主要生產(chǎn)小絲束碳纖維，后者難度更高、性能更好。在小絲束（<24k）上，3家日本碳纖維企業(yè)約占全球小絲束碳纖維產(chǎn)能的60%；大絲束（>24k）碳纖維上，三菱麗陽、卓爾泰克和西格里3 家碳纖維企業(yè)約占全球大絲束碳纖維產(chǎn)能的80%。不過在2013年，當(dāng)時世界排名第三的美國企業(yè)卓爾泰克被東麗收購。此后，日本企業(yè)在價格相對低廉的大絲束碳纖維市場上也同樣具有優(yōu)勢。（按東麗的宣傳，在收購卓爾泰克后，該公司在大絲束市場占有率30%）

    碳纖維性能優(yōu)秀，但始終是原材料，是產(chǎn)業(yè)鏈中的上游。目前很多新材料面臨的問題是沒人用。而美日企業(yè)，尤其是東麗，非常注重碳纖產(chǎn)品的應(yīng)用服務(wù)。東麗建立起了碳纖維、碳纖 維預(yù)浸料、碳纖維紡布、碳纖維層壓材料、碳纖維復(fù)合材料等在內(nèi)的產(chǎn)品體系。不僅如此，東麗還主動出擊，與航空航天、建筑、汽車、環(huán)保等相關(guān)行業(yè)的公司建立合資企業(yè)或簽訂長期的戰(zhàn)略合作協(xié)議，開發(fā)并積累應(yīng)用制造技術(shù)和積極拓展相關(guān)市場。

    我們再來看看國內(nèi)。

    我國在碳纖維上動手非常早，幾乎與美日同時，但由于某些原因處于停滯。直至近些年，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)才開始迅速發(fā)展。

    簡單來說，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)開始解決了“無”的問題。國產(chǎn)T300級和T700級碳纖維產(chǎn)品進(jìn)入了國防和工業(yè)、體育若干領(lǐng)域應(yīng)用。T800級碳纖維進(jìn)入工程規(guī)模應(yīng)用階段。根據(jù)國內(nèi)媒體報道，部分企業(yè)對外宣布百噸、千噸級的T800級碳纖維生產(chǎn)線。

    碳纖維的產(chǎn)能也在提升，有數(shù)據(jù)顯示，2014年年底，中國碳纖維理論產(chǎn)能約1.5萬噸，占世界產(chǎn)能的10%左右 （實際產(chǎn)量約在3000噸）。而且，碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈、成套設(shè)備制造等等國產(chǎn)化都取得了進(jìn)步。

    但是，國內(nèi)的碳纖維產(chǎn)業(yè)，離美日還有較長的距離，即使是離滿足國內(nèi)碳纖維需求也是相差甚遠(yuǎn)。

    一個是技術(shù)不成熟，產(chǎn)品質(zhì)量較差。雖然部分品種已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但是性能不穩(wěn)定。如此就很難被下游企業(yè)所認(rèn)可。

    一個是生產(chǎn)成本高。技術(shù)層面上生產(chǎn)成本相對較高不說，由于國內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模上不去，也導(dǎo)致了生產(chǎn)成本居高不下。產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，也缺乏產(chǎn)品工藝路線和市場定位的差別化。高端空白、低端過剩，除了價格沒有其他競爭籌碼。

    而且美日企業(yè)在中國實現(xiàn)國產(chǎn)化的產(chǎn)品上走低價策略，有打壓嫌疑。例如2009年，T300級碳纖維規(guī)?；a(chǎn)成功，這一規(guī)格產(chǎn)品應(yīng)聲從每公斤500元降到120元左右；2012年，T700碳纖維試產(chǎn)成功，該產(chǎn)品的國內(nèi)價格又從400元下降到200元以下。

    生產(chǎn)成本高企，技術(shù)不穩(wěn)定，又只能以低于進(jìn)口價格銷售，國內(nèi)碳纖維企業(yè)的開工率處于一個較低水平，2014年僅在29%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際75%左右的水平。

    還有，碳纖維生產(chǎn)、樹脂體系研發(fā)制備、預(yù)浸料生產(chǎn)、復(fù)合材料制品之間開發(fā)與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈等等，都存在較大問題。

    有一個很鮮明的特征可以反映國內(nèi)碳纖維的水平。

    限于技術(shù)，國內(nèi)的碳纖維應(yīng)用只能局限在體育休閑偏中低端領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)μ祭w維的性能要求不高，不需要長時間的材料認(rèn)證和成品實驗，門檻較低。

    當(dāng)然，上圖絕不僅僅只是看出中國在碳纖維應(yīng)用上有多大的差距，因為我們還需要著眼未來。

    碳纖維的種類很多，從應(yīng)用的角度來看，大致可以分為兩類：高性能的前提下追求低成本、低成本的前提下追求高性能。前者多屬軍品級、航空級，后者屬工業(yè)級。

    軍品級、航空級碳纖維目前應(yīng)用較多的是小絲束的T300 級（3k和12k）、T700級3k與T800級（6K和12k）。比起大絲束，小絲束碳纖維性能更高，同時價格也更貴，適合于在軍品、航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用，利潤相較前者也更豐厚。

    軍用的高性能碳纖維屬于戰(zhàn)略物資范疇，有實力的各國往往會扶持本國一兩家碳纖維企業(yè)作為供貨商，其他供貨商和國外企業(yè)是難以染指的。例如美國的赫氏公司，就是美國國防領(lǐng)域碳纖維的唯一供貨商。未來，國內(nèi)也同樣會是這樣一個情況。但是 ，相對于其他領(lǐng)域，軍用高性能碳纖維的市場很小。

    民用航空業(yè)中，波音、空客都推出了使用碳纖維復(fù)合材占比很高的機(jī)型。有數(shù)據(jù)認(rèn)為，目前民用飛機(jī)對碳纖維的需求達(dá)到了2萬噸每年（軍機(jī)的需求只有幾百噸），未來只會更高。

    但是，這個市場短期內(nèi)與國內(nèi)碳纖維企業(yè)無關(guān)。目前航空碳纖維生產(chǎn)商有東麗、赫氏、氰特和東邦4 家，其中用量最大且通過航空鑒定的T800 級碳纖維，只有東麗和赫氏，正好分別是波音和空客的獨家供貨商。從技術(shù)、市場、政治，各個角度看相當(dāng)長時間內(nèi)國內(nèi)碳纖維企業(yè)是不可能成為波音、空客的碳纖維供貨商（別的不說，東麗跟波音的合同都簽到了2021年）。而這兩家又是民用飛機(jī)的巨頭，幾乎把持著市場?；蛟S只有C919成功規(guī)?；M(jìn)入市場，這個領(lǐng)域國產(chǎn)碳纖維才有機(jī)會。但是，要給民用飛機(jī)供貨，需要通過航空適航認(rèn)證，這個周期也相當(dāng)漫長。相應(yīng)的，國內(nèi)碳纖維無法給C919供貨，由此導(dǎo)致大飛機(jī)的碳纖復(fù)合材的用量就上不去。（作為競爭對手，波音和空客恐怕也不會允許東麗、赫氏給C919供貨）。當(dāng)然，這一天終究會來到。

    相對來說，工業(yè)級碳纖維機(jī)會更大！

    工業(yè)級碳纖維的要求與軍品、航空級碳纖維完全是2種路線。對于終端用戶來說，產(chǎn)品無外乎性能和質(zhì)量穩(wěn)定性，以及價格。軍工產(chǎn)品更多地關(guān)注產(chǎn)品的高性能和穩(wěn)定性，價格不敏感。但工業(yè)級領(lǐng)域，在保證質(zhì)量的前提下成本是關(guān)鍵。換句話說，航空級碳纖維是高性能的前提下追求低成本，而工業(yè)級碳纖維是低成本的前提下追求高性能。

    工業(yè)級碳纖維的需求要比航空級碳纖維的需求要大得多，未來想象空間也更大。以風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片為例，超過2MW的風(fēng)機(jī)，葉片長度超過40米，重達(dá)數(shù)噸甚至十?dāng)?shù)噸。一片對大絲束碳纖維的需求量就達(dá)數(shù)百公斤。這還是在碳纖維目前價格仍較高，目前國內(nèi)外主要是碳纖和玻纖混合使用，純碳纖維只是用到一些關(guān)鍵的部分的情況下。風(fēng)電葉片對碳纖維需求至少是數(shù)萬噸級別。

    至于車用碳纖維的遐想空間就更大了。我們以一種簡單粗暴的方式來算算它的市場有多大。2016年我國共計銷售了2802萬輛車。假設(shè)每輛車上使用10公斤的碳纖維，那么就是28萬噸的用量。全球每年銷售約1億輛，那就是100萬噸用量。這樣比起來，相比軍品級碳纖維的用量，實在是太小。

    那么為什么是遐想而不是現(xiàn)實？還不是因為汽車制造商認(rèn)為碳纖維還是太貴。只有把價格降下來，這塊餅才能從紙上跳下來變成現(xiàn)實。小絲束是不可能了，何況也不需要那么好的性能，只有大絲束才有機(jī)會。

    事實上，已經(jīng)有企業(yè)深耕大絲束碳纖維，瞄準(zhǔn)工業(yè)級應(yīng)用，獲得了階段性成功，例如土耳其的阿克薩（AKSACA）。阿克薩的產(chǎn)能不高，總產(chǎn)能約3000多噸每年，2006年才開始研發(fā)碳纖維生產(chǎn)，時間與2007年已故院士師昌緒先生向中央寫報告建議發(fā)展碳纖維相近（ 自那之后國內(nèi)碳纖維才開始重視和發(fā)展起來）。阿克薩依托其可以規(guī)模化生產(chǎn)原絲的優(yōu)勢，得以較低成本供應(yīng)大絲束碳纖維。該公司的定位也非常明確，專攻民用工業(yè)領(lǐng)域，只專注于工業(yè)級碳纖維的生產(chǎn)?，F(xiàn)在，阿克薩在中國的銷量都是數(shù)千噸級。

    其實不僅僅是阿克薩看到了這一點。在小絲束碳纖維上獨步全球的日本企業(yè)看到歐美大絲束企業(yè)迅猛的擴(kuò)產(chǎn)，也開始承認(rèn)自己的戰(zhàn)略失誤，努力追趕在大絲束碳纖維生產(chǎn)的差距。

    所以，航天級碳纖維，國內(nèi)企業(yè)與日美企業(yè)的差距太大，而且除了國防需要的訂單外，下游市場生存空間不容樂觀。而工業(yè)級碳纖維倒是有很大機(jī)會。

    參考文獻(xiàn)：

    1：林剛， 馮軍， 申屠年。 掌握前沿創(chuàng)新理念科學(xué)發(fā)展——中國碳纖維及其復(fù)合材料發(fā)展之我見[J]. 高科技纖維與應(yīng)用， 2010, 35（5）：20-25.

    2：熊磊， 高鹿鳴。 國際知名碳纖維企業(yè)經(jīng)營模式對國內(nèi)同行業(yè)發(fā)展的借鑒[J]. 高科技纖維與應(yīng)用， 2014, 39（2）：5-10.

    3：黃克謙， 葉永茂， 楊金波，等。 中國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及相關(guān)建議[J]. 開發(fā)性金融研究， 2015（3）。

    4：佚名。 由碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈看中國碳纖維突圍之道[J]. 中國粉體工業(yè)， 2015（2）：56-58.

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：劉洋

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414