中国碳纤维及复合材料发展分析
By www.carbonfiber.com.cn
摘要：本文概要介绍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和利润水平介绍，以及碳纤维产业链的介绍, 探讨中国碳纤维的平民化道路，提出中国碳纤维企业通过“大丝束碳纤维和质量灰色地带”进入国际市场的建议.
Abstract：This article briefly introduce the great chance of carbon fiber market and Severe challenge faced by Chinese carbon fiber industry. With the introduction to the cost and profit of carbon fiber, the carbon fiber industry chain, the Civilization of Chinese carbon fiber industry is discussed and probed, and proposed that Chinese carbon fiber should adopt” big tow carbon fiber and grey quality zone” strategy to enter into international market.
1. 碳纤维市场概述-广阔的机遇
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。从碳纤维发展的短短的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。
图1 世界碳纤维产能，需求和价格变化表〔1〕
本一轮的价格高峰从2007年开始，到2009年的突然下滑，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飞机的生产延迟。从08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。
图2. 主要碳纤维产不同年份新产能的增加〔2〕
表1. 世界主要碳纤维厂产能平均年增长率统计〔2〕
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，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40万吨， 而2010年全球的产能也就5万吨。
2.中国在碳纤维领域的投资现状-严峻挑战
据不完全统计，到目前为止国内有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两到三倍。
这32家公司分别分布在16个省市直辖市，其中已经有实际投入的有28家，目前，已经进行生产的有17家企业；其中，绝大部分实际产能在100吨/年以下。目前绝大部分开工的碳纤维企业的产品是1K，3k，6K,个别有12K,性能在T300左右，品质均匀度还有待提高；T700级别碳纤维还没有批量生产的，24以上的大丝束也基本没有批量生产的。
由于市场小丝束需求量有限，不少已经开工的企业正在为碳纤维的销路发愁。
图3. 中国碳纤维投资者省份分布
3. 国际碳纤维利润与成本
A. 根据2001-2002年的数据，国际主要碳纤维厂利润情况（平均行业利润率15.7%）
B. 碳纤维的成本构成
图4. 碳纤维的成本构成〔3〕
4. 碳纤维产业链概述
A. 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材料向纤维制品、复合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，才能是整个碳纤维行业实现跨越式的发展。
B.碳纤维的去向及比例
预浸工艺：51.6%，编织工艺：20%（其中有12.4%要经过预浸进入后段） 短切工艺：19%，纤维通过缠绕等方式直接使用：9.9%
图六 碳纤维到制品的用量比例〔5〕
C. 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（我们称之为纤维制品），转化成本为15%，而把纤维制品制造成零件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要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他70-75%的纤维制品和零件成型的巨大成本。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”之路探讨
碳纤维因品种和质量的不同，价格从每公斤100多人民币到5万多人民币（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，我们称之为“贵族纤维“，而量大，价格相对低的碳纤维，我们称之为”平民化碳纤维“。中国是世界碳纤维研发的老人，但是产业化的新手，所以，对于总多中国碳纤维企业，”平民化“之路有探讨的实质意义。
A. “中国价格”闻名天下，在碳纤维领域，中国是否可能实现平民化？
低质量不等于低成本。质量低，成本高是中国碳纤维的普遍状况，这个情况，其实国际碳纤维巨头相当清楚，美国的碳纤维行业有一种说法：中国目前做的碳纤维是不可能被市场接受的，如保持目前的发展状态，永远也不可能为市场接受，这不取决于中国在生产碳纤维上投入多大的巨资。很多中国人把碳纤维产业想象的太简单了。
由于错误的产业导向，绝大部分厂拥挤在小丝束的羊肠小道上，而目前我国的航空航天在复合材料应用的水平，远不能消化这么多产能。很多公司雄心勃勃要把碳纤维大量用到我国的大飞机上，请大家好好查查历史，东丽从1971年搞出碳纤维，到什么时候才用到波音和空客上的。如果我们盲目模仿日本碳纤维企业的发展，从小丝束起步，以航空航天应用为主，这将把整个产业带入死路，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迅猛发展，日本碳纤维企业普遍认为：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（不含科研机构）的发展，师从日本企业是死路一条。而SGL、ZOLTEK、甚至土耳其的后来者AKSA，必然会在这几年市场需求爆炸式的增长中（据报道：一片大尺寸风电叶片大约需要500公斤碳纤维，一款30万辆的汽车需要近3万吨碳纤维），他们的发展之路应该值得我们好好研究和效仿。
B. 稳定质量需要一个长期过程，能否通过碳纤维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“质廉价廉”到“质优价廉”的竞争力塑造过程，通过 “质廉价廉” 切入市场，或者从质量灰色地带进入市场，恐怕是我们大多数碳纤维企业要经历的过程。
碳纤维性能和质量的稳定是一个长期的过程，日本东丽从1970年代到现在，也一直在不断提升其产品性能和质量的稳定性。稳定化工作不光是碳纤维企业埋头苦干，还需要后端应用的大力配合，并根据功能用，次承力件，主承力件等不同应用要求而逐步提升的。想着短时间内就把碳纤维性能和质量做稳定，然后再去销售的思路只是天方夜谭的梦幻！
在业界我们谈论更多的是碳纤维的主要性能，比如抗拉强度和模量达到T300,或T700了，似乎不到这个日本人定义的符号，碳纤维就没有用了。现在用T300的地方，是不是就一定不能用C250？其实一些非承力的功能件是可用的，另外碳纤维最终要变成复合材料才有用的，通过更优化的材料设计，树脂配方设计，纤维与树脂界面设计等等手段，也可让采用了C250制作的零件的最终性能超越T300。所以我们提请有关单位在制定国家标准中，不要简单模仿日本产品标准，不到3.5GPA的碳纤维也是碳纤维，要根据我们的实际情况，为我国企业留出碳纤维灰色地带空间。
不盲目强求碳纤维主要性能指标，把更大的力气用在性能和质量指标的稳定性和碳纤维工艺性的上。对于很多用户，宁愿用性能质量均匀，后续工艺性能好的C250,也不愿意用CV值太大，毛丝多的所谓T700。纤维稳定性好，从零件设计上，设计师就有确定的数据，安全系数就可以放小，最终做出的零件更轻，成本更低。 通过提高这些质量稳定和工艺性能指标，让用户在使用我们碳纤维时，感觉与国外纤维一样好用，即使主要性能略差一点，但价格也便宜。
在产业化生产线的筹划中，从重视“主要性能指标”，转向重视“性能质量工艺指标群”。 比如主要性能指标的均匀性、线密度的均匀、毛丝率、丝束宽度的均匀性、丝束的可展开性、丝束后续加工的耐磨性，针对不同树脂的上浆剂等等， 用这些指标群去引导工艺和装备的确定，用均匀好用的C250灰色地带进入市场，形成销售，才有后续提升性能的空间，才能建立与下游产业形成良性的互动，从而进入螺旋上升的碳纤维性能品质提升之路，这才是切实的中国碳纤维平民化之路!
6. 观点总结
A. 碳纤维的巨大发展情景毋庸置疑！中国众多碳纤维投资挤在小丝束生产独木桥的现状急需要改变。
B. 从所有化纤发展历史看：以我为主，充分学习和借鉴国际前沿模式、技术及设备，在充分掌握的基础上实现消化吸收和创新，这才是一条真正的捷径。“盲目崇洋”和“自力更生”都是极端道路。
C. 碳纤维“平民化”的进程要充分发挥我国腈纶大工业的基础，要在24K以上大丝束做文章；使我们企业报出的价格不再让用户诧异。
D. 提倡学习SGL、ZOLTEK的发展经验，消减对碳纤维主要性能指标的追求热情，把更多注意力放到其他众多与后端使用方便性的质量指标上，使做出来的碳纤维能用，能替代部分国外产品，打开一条通过“质量灰色地带”进入市场的中国之路！
E. 用性能质量和工艺指标群去引导工艺和装备的确定，充分学习国外公司在产业化进程的“技术含量似乎不高，经济效益确很大”的经验，从工艺和装备上控制和降低成本。
F. 要充分重视碳纤维产业链各段的紧密关联度，碳纤维企业有责任，也有必要去培育和推进纤维后段各工艺的发展。
参考文献：
〔1〕Lance Hill, Dr.Uwe Kobs, Carbon fiber market analysis and outlook, carbon fiber 2006, Budepest, Hungary.
〔2〕Dr.Snjoy Mazumdar and Sean Lofgren, Lucintel, Emerging market analysiss for carbon fiber production and application, carbon fiber 2008, Hamburg, Germany
〔3〕世界碳纤维现状与进展—2002年世界碳纤维会简介 作者:赵稼祥, 会议 第六届全国新型炭材料学术研讨会第六届全国新型炭材料学术研讨会论文集 2003年
〔4〕Dr.Felix L Paulauskas, oak Ridge national lab, Producing low-cost high volume fiber for commercial application, carbon fiber 2008, Hamburg, Germany
〔5〕Lance Hill, Dr.Uwe Kobs, Carbon fiber market analysis and outlook, carbon fiber 2006, Budepest, Hungary.
作者：
林刚 冯军
摘要：本文概要介绍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和利润水平介绍，以及碳纤维产业链的介绍, 探讨中国碳纤维的平民化道路，提出中国碳纤维企业通过“大丝束碳纤维和质量灰色地带”进入国际市场的建议.
Abstract：This article briefly introduce the great chance of carbon fiber market and Severe challenge faced by Chinese carbon fiber industry. With the introduction to the cost and profit of carbon fiber, the carbon fiber industry chain, the Civilization of Chinese carbon fiber industry is discussed and probed, and proposed that Chinese carbon fiber should adopt” big tow carbon fiber and grey quality zone” strategy to enter into international market.
1. 碳纤维市场概述-广阔的机遇
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。从碳纤维发展的短短的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。
图1 世界碳纤维产能，需求和价格变化表〔1〕
本一轮的价格高峰从2007年开始，到2009年的突然下滑，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飞机的生产延迟。从08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。
图2. 主要碳纤维产不同年份新产能的增加〔2〕
表1. 世界主要碳纤维厂产能平均年增长率统计〔2〕
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，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40万吨， 而2010年全球的产能也就5万吨。
2.中国在碳纤维领域的投资现状-严峻挑战
据不完全统计，到目前为止国内有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两到三倍。
这32家公司分别分布在16个省市直辖市，其中已经有实际投入的有28家，目前，已经进行生产的有17家企业；其中，绝大部分实际产能在100吨/年以下。目前绝大部分开工的碳纤维企业的产品是1K，3k，6K,个别有12K,性能在T300左右，品质均匀度还有待提高；T700级别碳纤维还没有批量生产的，24以上的大丝束也基本没有批量生产的。
由于市场小丝束需求量有限，不少已经开工的企业正在为碳纤维的销路发愁。
图3. 中国碳纤维投资者省份分布
3. 国际碳纤维利润与成本
A. 根据2001-2002年的数据，国际主要碳纤维厂利润情况（平均行业利润率15.7%）
B. 碳纤维的成本构成
图4. 碳纤维的成本构成〔3〕
4. 碳纤维产业链概述
A. 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材料向纤维制品、复合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，才能是整个碳纤维行业实现跨越式的发展。
B.碳纤维的去向及比例
预浸工艺：51.6%，编织工艺：20%（其中有12.4%要经过预浸进入后段） 短切工艺：19%，纤维通过缠绕等方式直接使用：9.9%
图六 碳纤维到制品的用量比例〔5〕
C. 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（我们称之为纤维制品），转化成本为15%，而把纤维制品制造成零件，需要60%的成本，原因是这个过程的边角废料太多，主要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他70-75%的纤维制品和零件成型的巨大成本。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”之路探讨
碳纤维因品种和质量的不同，价格从每公斤100多人民币到5万多人民币（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，我们称之为“贵族纤维“，而量大，价格相对低的碳纤维，我们称之为”平民化碳纤维“。中国是世界碳纤维研发的老人，但是产业化的新手，所以，对于总多中国碳纤维企业，”平民化“之路有探讨的实质意义。
A. “中国价格”闻名天下，在碳纤维领域，中国是否可能实现平民化？
低质量不等于低成本。质量低，成本高是中国碳纤维的普遍状况，这个情况，其实国际碳纤维巨头相当清楚，美国的碳纤维行业有一种说法：中国目前做的碳纤维是不可能被市场接受的，如保持目前的发展状态，永远也不可能为市场接受，这不取决于中国在生产碳纤维上投入多大的巨资。很多中国人把碳纤维产业想象的太简单了。
由于错误的产业导向，绝大部分厂拥挤在小丝束的羊肠小道上，而目前我国的航空航天在复合材料应用的水平，远不能消化这么多产能。很多公司雄心勃勃要把碳纤维大量用到我国的大飞机上，请大家好好查查历史，东丽从1971年搞出碳纤维，到什么时候才用到波音和空客上的。如果我们盲目模仿日本碳纤维企业的发展，从小丝束起步，以航空航天应用为主，这将把整个产业带入死路，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迅猛发展，日本碳纤维企业普遍认为：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（不含科研机构）的发展，师从日本企业是死路一条。而SGL、ZOLTEK、甚至土耳其的后来者AKSA，必然会在这几年市场需求爆炸式的增长中（据报道：一片大尺寸风电叶片大约需要500公斤碳纤维，一款30万辆的汽车需要近3万吨碳纤维），他们的发展之路应该值得我们好好研究和效仿。
B. 稳定质量需要一个长期过程，能否通过碳纤维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“质廉价廉”到“质优价廉”的竞争力塑造过程，通过 “质廉价廉” 切入市场，或者从质量灰色地带进入市场，恐怕是我们大多数碳纤维企业要经历的过程。
碳纤维性能和质量的稳定是一个长期的过程，日本东丽从1970年代到现在，也一直在不断提升其产品性能和质量的稳定性。稳定化工作不光是碳纤维企业埋头苦干，还需要后端应用的大力配合，并根据功能用，次承力件，主承力件等不同应用要求而逐步提升的。想着短时间内就把碳纤维性能和质量做稳定，然后再去销售的思路只是天方夜谭的梦幻！
在业界我们谈论更多的是碳纤维的主要性能，比如抗拉强度和模量达到T300,或T700了，似乎不到这个日本人定义的符号，碳纤维就没有用了。现在用T300的地方，是不是就一定不能用C250？其实一些非承力的功能件是可用的，另外碳纤维最终要变成复合材料才有用的，通过更优化的材料设计，树脂配方设计，纤维与树脂界面设计等等手段，也可让采用了C250制作的零件的最终性能超越T300。所以我们提请有关单位在制定国家标准中，不要简单模仿日本产品标准，不到3.5GPA的碳纤维也是碳纤维，要根据我们的实际情况，为我国企业留出碳纤维灰色地带空间。
不盲目强求碳纤维主要性能指标，把更大的力气用在性能和质量指标的稳定性和碳纤维工艺性的上。对于很多用户，宁愿用性能质量均匀，后续工艺性能好的C250,也不愿意用CV值太大，毛丝多的所谓T700。纤维稳定性好，从零件设计上，设计师就有确定的数据，安全系数就可以放小，最终做出的零件更轻，成本更低。 通过提高这些质量稳定和工艺性能指标，让用户在使用我们碳纤维时，感觉与国外纤维一样好用，即使主要性能略差一点，但价格也便宜。
在产业化生产线的筹划中，从重视“主要性能指标”，转向重视“性能质量工艺指标群”。 比如主要性能指标的均匀性、线密度的均匀、毛丝率、丝束宽度的均匀性、丝束的可展开性、丝束后续加工的耐磨性，针对不同树脂的上浆剂等等， 用这些指标群去引导工艺和装备的确定，用均匀好用的C250灰色地带进入市场，形成销售，才有后续提升性能的空间，才能建立与下游产业形成良性的互动，从而进入螺旋上升的碳纤维性能品质提升之路，这才是切实的中国碳纤维平民化之路!
6. 观点总结
A. 碳纤维的巨大发展情景毋庸置疑！中国众多碳纤维投资挤在小丝束生产独木桥的现状急需要改变。
B. 从所有化纤发展历史看：以我为主，充分学习和借鉴国际前沿模式、技术及设备，在充分掌握的基础上实现消化吸收和创新，这才是一条真正的捷径。“盲目崇洋”和“自力更生”都是极端道路。
C. 碳纤维“平民化”的进程要充分发挥我国腈纶大工业的基础，要在24K以上大丝束做文章；使我们企业报出的价格不再让用户诧异。
D. 提倡学习SGL、ZOLTEK的发展经验，消减对碳纤维主要性能指标的追求热情，把更多注意力放到其他众多与后端使用方便性的质量指标上，使做出来的碳纤维能用，能替代部分国外产品，打开一条通过“质量灰色地带”进入市场的中国之路！
E. 用性能质量和工艺指标群去引导工艺和装备的确定，充分学习国外公司在产业化进程的“技术含量似乎不高，经济效益确很大”的经验，从工艺和装备上控制和降低成本。
F. 要充分重视碳纤维产业链各段的紧密关联度，碳纤维企业有责任，也有必要去培育和推进纤维后段各工艺的发展。
参考文献：
〔1〕Lance Hill, Dr.Uwe Kobs, Carbon fiber market analysis and outlook, carbon fiber 2006, Budepest, Hungary.
〔2〕Dr.Snjoy Mazumdar and Sean Lofgren, Lucintel, Emerging market analysiss for carbon fiber production and application, carbon fiber 2008, Hamburg, Germany
〔3〕世界碳纤维现状与进展—2002年世界碳纤维会简介 作者:赵稼祥, 会议 第六届全国新型炭材料学术研讨会第六届全国新型炭材料学术研讨会论文集 2003年
〔4〕Dr.Felix L Paulauskas, oak Ridge national lab, Producing low-cost high volume fiber for commercial application, carbon fiber 2008, Hamburg, Germany
〔5〕Lance Hill, Dr.Uwe Kobs, Carbon fiber market analysis and outlook, carbon fiber 2006, Budepest, Hungary.
作者：
林刚 冯军
