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 一、碳纖維簡介

碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構，在沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維具有強度高、重量輕等特點，是一種力學性能優(yōu)異且具有諸多特殊功能的新材料。由于碳纖維及其復合材料優(yōu)異的綜合性能及高附加值，被人們稱作是二十一世紀的“黑色黃金”，被列入國家“十三五”規(guī)劃，作為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略新興產業(yè)。

我國的碳纖維產業(yè)發(fā)展和國外存在著較大差距，無論是碳纖維的生產和下游的應用。以碳纖維為例，2017年，全球碳纖維理論產能為147,100噸，而中國為2,6000噸。差距已經較大，但在實際產量上，差距就更明顯。2016年全球碳纖維產量在84000噸左右，約為產能的60%，但中國的實際產量7400噸（有說5400），不到產能的30%（中國碳纖維2017年需求約24800噸，自給率30%）。同時國外如東麗可以批量生產T300、T700、T800、T1000、M40、M55、M60等級別的碳纖維，而國內T300、T700可以滿足一定的需求，其他級別產品在市場上還沒形成規(guī)?；?。

同時碳纖維的應用方面還存在較大差距，以碳纖維應用量較大的領域為例：

目前全球碳纖維用量排名前三的是風電、航空航天、體育休閑用品、汽車等領域。

而國內應用較多的是體育用品、風電、建筑加固、壓力容器等，處于應用的相對低端。最典型的就是體育用品，全球13200噸，中國大陸和臺灣量差不多，總量在12000噸，接近全球用量的近九成，但是在碳纖維體育休閑樣品的品牌上，竟然找不出幾家拿得出手的品牌。而這幾年量增長較快的風電、氣瓶領域，最主要是給國外廠家提供產品。以風電為例，雖然國內企業(yè)今年碳纖維復合材料增長較快，但都是為維斯塔斯提供。維斯塔斯數年以前遇經營危機，差點要賣給中國企業(yè)，但他們堅持技術開始，創(chuàng)新碳纖維在風電中的應用設計，改變傳統(tǒng)的預浸料和碳布工藝，利用拉擠板材制造葉片大梁工藝，當取得突破后，很快就成為全球風電老大。氣瓶也是如此，前些天總理訪問日本去豐田看的新能源汽車Mirai，就是氫燃料電池轎車，其技術碾壓了眾多國內新能源車企，和寶馬的i系列和7系，共同是碳纖維在汽車應用的典范！

正如沈真老師在其系列文章中所說的，國內碳纖維應用的差距，也影響了碳纖維行業(yè)的進步，而這種差距，最主要體現在設計上。

二、中國碳纖維行業(yè)取得了長足的進步

以中復神鷹首先宣布國內碳纖維企業(yè)實現盈利為起始，國內眾多碳纖維相關企業(yè)也逐漸走過行業(yè)發(fā)展的低谷期，開始找到適合自身發(fā)展的模式。

2017年是國內碳纖維行業(yè)發(fā)展重要的一年，碳纖維行業(yè)的大動作頻頻，標志性事件不斷涌現。

2017年4月康得新宣布和北汽簽訂了碳纖維汽車部件的量產訂單，6月和蔚來汽車簽訂了總額10多億元的大規(guī)模碳纖維復合材料總成構件。7月和北汽、常州共同建設“工業(yè)4.0智能化碳纖維車體及部件工廠”，號稱投資120億。

2017年9月，以光威復材上市為序幕，拉開了年度行業(yè)真正的重頭戲。9月1日，光威復材以中國碳纖維第一股亮相，17個漲停板，引發(fā)追捧，9月30日收市，市值從發(fā)行時41.4億元漲到263.5億。

恒神宣布他們的碳纖維材料通過了龐巴迪的航空認證，成為中國第一個進入國外大型民用飛機供應體系的碳纖維企業(yè)。

9月21日康得集團與山東省榮成市人民政府在北京簽訂《投資合作協(xié)議》，雙方將共同出資，在榮成市建設“康得碳谷科技項目暨年產6.6萬噸高性能碳纖維項目”。

9月29日上午，中復神鷹碳纖維有限公司在江蘇連云港舉行“千噸級SYT55（T800）碳纖維新線項目”投產儀式。

碳纖維制造領域隱然形成光威、恒神、康得新、中復神鷹國內四大巨頭。四大巨頭各有特色，光威的時運破局，中復神鷹的低調前進，恒神的堅守力行，康得新的手筆氣概.....

2017年11月初，康得新在其總部所在地張家港簽訂總投資1800億“兩園一城”合作協(xié)議，目包含占地5.15平方公里的先進高分子材料產業(yè)園、占地1.49平方公里的康得新碳纖維航空復合材料產業(yè)園和占地5.2平方公里的康得新未來城。“航空復合材料產業(yè)園項目” 將依托康得集團、康得新集團建成的全球唯一、世界領先的碳纖維輕量化生態(tài)平臺。項目總投資300億元，達產后可實現銷售收入1000億元。

2018年1月8日，2017年度科學技術獎勵大會召開，中復神鷹碳纖維有限責任公司牽頭完成的“干噴濕紡千噸級高強/百噸級中模碳纖維產業(yè)化關鍵技術及應用”項目榮獲科技進步一等獎。大連理工大學賈振元教授主持的“高性能碳纖維復合材料構件高質高效加工技術與裝備”榮獲國家技術發(fā)明一等獎。

這兩個國家級大獎，而且都是一等獎，即體現了行業(yè)的進步，也體現了國家對碳纖維行業(yè)發(fā)展的支持和認可。

而碳纖維發(fā)展重要標志的兩端工業(yè)級大絲束和高強高模，也宣布取得突破性進展，如精功碳谷和金山石化宣布大絲束碳纖維試車成功，中科院寧波所和光威先后宣布M55取得了突破。

三、碳纖維及復合材料的發(fā)展和應用將迎來爆發(fā)性增長

碳纖維復合材料（CFRP）是國務院政府工作報告部署的“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃中需著重解決的“量大面廣的先進基礎材料”和“制約制造業(yè)發(fā)展的關鍵戰(zhàn)略材料”，其上下游產業(yè)鏈對重構我國新材料產業(yè)體系極為重要。在航空航天、軌道交通、船舶車輛、橋梁建筑、電動工具、體育運動器材、風力發(fā)電機以及計算機（Computer）、通信（Communication）、消費電子產品（Consumer Electronics）等“3C信息家電”諸多領域受到極大關注，對國民經濟的發(fā)展壯大產生舉足輕重的影響。碳纖維是新材料皇冠上的一刻明珠，是國家定性的先進戰(zhàn)略性材料！

但碳纖維本身是一種結構性材料，這個特性就類似于鋼鐵，無論天上飛的、地上跑的、水里游的，各行各業(yè)，都可以用到碳纖維，所以隨著碳纖維成本的下降，以及應用水平的進一步成熟，碳纖維將又王謝堂前燕，飛入尋常百姓家，而迎來其應用的爆發(fā)性增長。

近些年來無論國際還是國內，碳纖維的用量都在穩(wěn)定增長，而且如果在某個領域獲得突破，就會大幅度增加。以風電為例，最初碳纖維應用的方式是預浸料和碳布真空灌注工藝，成本高、工藝周期長、效率低，影響了其使用，但維斯塔斯堅持了多年的研究，終于在本世紀初期取得了突破，采取了全新的設計，利用復材中成本最低、效率最高的拉擠工藝做風機葉片大梁，不僅把自己從瀕臨破產的境地拯救出來，成為世界第一，而且碳纖維在風電行業(yè)的使用迅速提升，2010年達到一萬噸，2016年風電用碳纖維的量超過航空航天成為第一大領域，2017年已經達到2萬4千噸，而這個量的90%僅僅是維斯塔斯一家企業(yè)貢獻的！如果能夠普遍能夠推廣起來，光風電一個領域碳纖維的用量就非?？捎^。

世界上碳纖維的格局還是以日本為主，特別是小絲束占據很大的優(yōu)勢，歐美大絲束的能力比較強些。東麗為了彌補大絲束的不足，以5.84億美元收購卓爾泰克。而因為碳纖維的特殊性，中國必須主要依靠自身的力量來開發(fā)，在這一過程中，以光威、神鷹、恒神等民營企業(yè)擔當起民族大任，為中國的碳纖維產業(yè)的發(fā)展取得了關鍵性的突破做出了關鍵性的貢獻！目前中國的碳纖維企業(yè)在世界的碳纖維產業(yè)版圖上已經有了一些之地（上圖劃線企業(yè)為中國的）。而其中最具代表性的就是中復神鷹（即CCGC），多年產銷量穩(wěn)定在千噸以上，產品品質收到市場檢驗和客戶認可，2017年產銷量達2500噸，占國產碳纖維銷量一半以上。最重要的是他們的千噸線很多關鍵設備都是自己做的，當然有仿的也有自主研發(fā)的，所以他們產線的設備成本是可控的。如果市場合適，最基本的，他們很容易復制多條千噸級的產線，實現萬噸的突破（所以當地領導才有宣布適時啟動5-10萬噸碳纖維生產基地的底氣）。

當然，碳纖維產業(yè)的發(fā)展還需要應用端的支持。而目前國內碳纖維應用已經形成了幾大聚集群。其中以山東、廣東、江蘇、福建（上海是港口，需要進口走此，自身應用不多）等主，廣東和福建早年承接許多臺灣企業(yè)的轉移，有較強的制品加工能力，但多集中于體育用品，重復度較高。而山東、江蘇的碳纖維整個的產業(yè)鏈比較好，從上游的石化制品，到碳纖維生產，到下游應用，整個產業(yè)生態(tài)鏈比較齊備，有機會首先發(fā)展起來。

山東目前是以威海作為發(fā)展基地，依托光威這個行業(yè)龍頭，發(fā)揮上下游的優(yōu)勢，大力發(fā)展碳纖維產業(yè)。江蘇省有著比較好的碳纖維產業(yè)基礎，碳纖維企業(yè)中有比較有名的中復神鷹、恒神等，復合材料有江蘇澳盛等。而且有了一定的規(guī)模，如中復神鷹2017年產銷量占全國一半以上。江蘇澳盛2017年碳纖維用量超千噸，成為國內為數不多的碳纖維用量超千噸的廠家。而宜興地區(qū)的碳纖維編織在全國也具有一定知名度。而且碳纖維的下游利用也具有前景，江蘇沿海地區(qū)是我國三大風場，最近幾年風電發(fā)展迅速，碳纖維在風機葉片上量也很大，但目前主要是國外的企業(yè)在用，國內的企業(yè)受制技術問題，還沒有形成規(guī)模。包括其他的應用汽車、電子產品等，江蘇也有廣闊的市場前景。

江蘇省是我國工業(yè)基礎較完善的地區(qū)，有著良好的電子、工業(yè)裝備生產能力，以及產業(yè)工人及技術人員，同時江蘇也是我國教育大省，每年培養(yǎng)了眾多人才。這些都可以滿足碳纖維產業(yè)的高技術特征，并提供很好的條件。

江蘇的碳纖維產業(yè)雖然比較全，上下游產業(yè)鏈比較齊備，但是分散各地，相互協(xié)作不多，各自為戰(zhàn)，沒有形成合力。這一點相比于山東，各級層面對碳纖維和復材的認識要略差些，支持力度也不足。對于江蘇的碳纖維產業(yè)，政府層面具體辦事人員受主觀或客觀愿意的影響，存在對相關產業(yè)了解不夠，重視不足，導致國家層面上政策具體落實不夠，甚至出現在相關地方新材料產業(yè)政策中，碳纖維及其復合材料并未具體明確的列入新材料范圍內，導致相關政策無法享受應有的政策扶持。

但江蘇的碳纖維產業(yè)生態(tài)非常好，北面的連云港石化煉化一體可以提供原料，南面的上海石化不僅可以有原料還可以有原絲，碳纖維生產有多家優(yōu)勢企業(yè)，下游應用也有很多家非常有實力的企業(yè)，以及廣泛的前景，但需要選擇合適的地點作為重點發(fā)展的基地。

碳纖維應用目前的四大領域是風電、航空航天、體育休閑、汽車。風電近些年增長迅速，但碳纖維主要應用技術掌握在維斯塔斯手里，其他廠家約到知識產權瓶頸和設計破局的難題，但隨著原始專利的到期或其他企業(yè)新的技術突破，可能很快實現倍增的增長。航空航天、體育休閑的增長不會太快，但也會穩(wěn)步增長。目前最大的變量在汽車，如果說其他行業(yè)碳纖維用量在萬噸級的話，這個領域將會是十萬噸級的，所以這個領域很多人都很關注。

國外采取的做法是碳纖維企業(yè)和車企形成聯(lián)盟，共同開發(fā)，以期取得突破。

而這些合作中最成功的就是寶馬和SGL的寶馬i系列和7系列、豐田和東麗的Mirai車型。他們走的是不同路線，寶馬i3是碳纖維乘員艙+鋁合金底盤的鋰電池電動車路線（約用100kg碳纖維），寶馬的7系列的Carbon core的設計理念（約用60kg碳纖維），比較充分的體現碳纖維的輕量化以及剛強的特點，但碳纖維的昂貴價格任然限制了其應用，特別對于寶馬i3這款車型，不是傳出棄“碳”傳聞。而Mirai車型是氫燃料電池電動車，碳纖維主要用于電池堆的氣體擴散層和氫氣儲罐，基本上屬于不可替代部分（約用100公斤碳纖維）。國內的汽車對碳纖維及復合材料也非常感興趣，但因為起點低，要慢一些，但隨著多款實驗型應用車型的面世，對碳纖維的理解也會更加深入。

碳纖維復合材料的快速成型工藝在近些已經突破了傳統(tǒng)的HP-ATM和濕法模壓的范圍，向更加廣闊的方向發(fā)展，特別是多種工藝混合成型，為碳纖維在汽車上應用提供了更多的可能。目前碳纖維在汽車上的應用是一個關鍵時期，也許最近幾年就會形成突破，那時可能會讓我們有更開闊的思維。

碳纖維及復合材料的發(fā)展和應用將迎來爆發(fā)性增長的前夜，那么，你準備好了嗎？

作者簡介：

嚴兵，江蘇澳盛復合材料科技有限公司技術總監(jiān)，教育部工程教育認證專家，中國塑料加工工業(yè)協(xié)會專家組成員，中國復合材料學會會員，江蘇復合材料學會常務理事，蘇州大學產業(yè)導師。多年從事纖維、粉體增強的高分子基復合材料的研發(fā)、生產的技術工作，開發(fā)了多項產品投入市場，創(chuàng)造良好的經濟效益，在科學期刊發(fā)表論文20多篇，申請專利多項，其中20多項已經授權。