全球高端碳纖維與中國的低端強化材料

魏道培

碳纖維是一代新型的強化纖維，屬于復合纖維材料，內加樹脂、金屬、陶瓷，水泥和其他材料，既能形成一種新型的可用于航天、汽車、風能，壓力容器、體育用具和娛樂設施。碳纖維屬于具有特殊功能的新型材料，其加工工藝和生產要求較高。

2015年，在全世界碳纖維工業產品中，基于吡啶基偶氮的碳纖維占碳纖維產量的90%以上。全球這類纖維生產總量為14.2萬噸，其中短纖維占70%。

全世界擁有大規模碳纖維生產能力的廠家主要在歐美日。2015年，全世界碳纖維五大廠商為：日本東京人造纖維織物公司、日本帝人公司、SGL公司、三菱人造絲公司及臺灣塑料公司，以上公司占全球生產總量的60%。其中，東京人造纖維織物公司年產量達4萬噸（含佐爾泰克公司年產量1.3萬噸），占世界產量的28%。

2015年，全世界碳纖維需求量達5.9萬噸，其中用于航空航天、汽車工業和體育醫療器材的占比分別為22%、62%和16%。然而，業內所看到的卻是，近年來，碳纖維的需求量呈暴增態勢，尤其是汽車工業、風能、壓力容器和其他市場。據行業媒體分析，到2022年，全世界72%的碳纖維將在各個行業普及應用，其中23%用于汽車，21%用于風能。就拿汽車工業來說，其材料越來越提倡輕質強化，因此越來越多的復合材料將為汽車工業利用。諸如寶馬、奔馳、法拉利、通用、蘭博基尼、福特和其他汽車制造商已開始用碳纖維取代鋼材，寶馬和SGL公司開發的新型車身碳纖維材料越來越多，寶馬系列i3、i8甚至整個車身都采用碳纖維材料。2015年全世界碳纖維復合材料市場價值達15.8億美元，并且在今后幾年里，年增長率將達30%。

中國碳纖維工業起步較晚，能夠大規模生產的范圍主要在強化型復合材料領域，但中國的碳纖維工業發展卻異常迅速。盡管目前生產規模較小，年產量較小，成熟的技術產能也僅限于T300型，但現在也已能生產T800型碳纖維。這主要是因為中國公司掌握的技術較落后，成本過高。伴隨近三年來國際碳纖維市場價格走低和生產效率低下，中國碳纖維生產企業面臨經營困難的境地。2015年，中國碳纖維總產量為4000噸，且完全自給自足的不到20%。盡管如此，截至2016年2月15日，中國已突破日本封鎖，逐漸開發出高性能的碳纖維。

2015年，中國大陸境內碳纖維制造商超過30家，未來5年內，年增長也不過15%。中國超過1000噸產能的企業屈指可數。中國中復神鷹碳纖維有限公司年產量為6300噸，屬于中國最大的碳纖維制造商。不過，從碳纖維到終端復合材料的完整生產鏈正在形成。

中國的碳纖維生產雖然仍處于方興未艾的發展初期，但需求量卻與日俱增。中國政府采取扶持的經濟政策，鼓勵企業涉入碳纖維和復合材料開發。中國目前已開發出用于新能源汽車配件的碳纖維材料，并且涉足碳纖維復合材料研發的公司越來越多。

西方認為，到2020年，中國與世界的碳纖維研發將同步發展，例如，在如何降耗增效、開發全球潛在市場的供需上，在預測未來的發展方向上，在應用領域和競爭模式等等方面，中國正在采取措施，跟上世界先進國家的步伐。其實，中國更應該像西方那樣，掌握最新技術，在碳纖維復合材料應用領域，如航天、汽車、風能、體育和休閑做出市場規模預測，并跟隨世界最新發展趨勢。

碳纖維的生產屬于高能耗與高成本項目?？勺罱?，美國能源部國家橡樹嶺實驗室開發出一種生產方式，可降低碳纖維生產成本50%，并且降低能耗60%。美國媒體認為，這種新型的生產方式并不復雜，因此具有十分廣闊的前景。它可經協商授權給任何一家企業。中國企業可直接與美方協商獲得相關技術。

碳纖維雖然屬于先進的強化材料，但長期以來，生產成本高，生產規模難以擴大。為此，這家實驗室早在十余年前就投下重金，開展研究低能耗高產出的技術，其核心成果是，把復雜的生產過程簡單化，節約能耗，降低成本，生產要求不高，而產品質量卻適用于汽車材料、風能設施、高壓氣儲和基礎設施的生產領域。

碳纖維是一種含有碳元素的初級聚酯粒子，通過控制系列熱加工和拉伸步驟過程，使其形成一種新型的具有特殊功效的材料。在商業領域，它被稱為聚丙烯腈或PAN。它是通過化學修正、改性和優化，最大限度地強化終端產品的機械性能。這與丙烯酸纖維具有類似的化學性能，但后者與前者的用途截然不同，后者是用于紡織服裝和地毯領域的材料；而碳纖維材料則是用于航空航天和汽車領域的材料。其強度遠遠大于后者。美國的這家實驗室研究人員聲稱，紡織級的PAN是一種低成本的碳纖維，卻是高端碳纖維生產需要跨越的必經之路。而中國大規模生產的碳纖維還停留在低端領域。要想跨越就必須走出車間，探索潛在的大規模生產途徑。

若要實現這一步，那么首先就是需要引進高端碳纖維生產技術的先進設施，創建高度自動化和相當生產規模的碳纖維轉化工廠。不僅如此，碳纖維用途不同，那么其性能也就迥異。因此，要創建宏大的碳纖維工業，就需要與之配套的帶各種機械屬性的檢測儀器與設備。歐美日跨國供應商都具備與之配套的檢測設備，并能提供產品最初加工產品原型。這就是中國人所說“兵馬未動，糧草先行”的道理。

事實上，中國已有多家企業通過自主改裝設備、系統優化工藝，攻克了高性能碳纖維生產的關鍵設備技術。但這僅僅是鳳毛麟角。包括涉足該行業的研發企業、公司和國家管理部門仍要高度關注國際上最新推出的新技術、新產品，這樣才能最及時最充分地利用國外研發成果，讓中國的碳纖維工業實現跨越式發展。

（據美國紡織創新網最新資料http：//www.innovationintextiles.com/industry-talk/cutting-carbon-fibre-costs-in-half/

http：//www.reportlinker.com/p03605799-summary/Global-and-China-Carbon-Fiber-and-CFRP-Industry-Report.html）