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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”規劃，作為國家重點發展的戰略新興產業。

我國的碳纖維產業發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模化供應。

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，但他們堅持技術開始，創新碳纖維在風電中的應用設計，改變傳統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、中國碳纖維行業取得了長足的進步

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

2017年是國內碳纖維行業發展重要的一年，碳纖維行業的大動作頻頻，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，引發追捧，9月30日收市，市值從發行時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。

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”合作協議，目包含占地5.15平方公里的先進高分子材料產業園、占地1.49平方公里的康得新碳纖維航空復合材料產業園和占地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，即體現了行業的進步，也體現了國家對碳纖維行業發展的支持和認可。

而碳纖維發展重要標志的兩端工業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展和應用將迎來爆發性增長

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”發展規劃中需著重解決的“量大面廣的先進基礎材料”和“制約制造業發展的關鍵戰略材料”，其上下游產業鏈對重構我國新材料產業體系極為重要。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，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性增長。

近些年來無論國際還是國內，碳纖維的用量都在穩定增長，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常可觀。

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，在這一過程中，以光威、神鷹、恒神等民營企業擔當起民族大任，為中國的碳纖維產業的發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在世界的碳纖維產業版圖上已經有了一些之地（上圖劃線企業為中國的）。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，碳纖維產業的發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，整個產業生態鏈比較齊備，有機會首先發展起來。

山東目前是以威海作為發展基地，依托光威這個行業龍頭，發揮上下游的優勢，大力發展碳纖維產業。江蘇省有著比較好的碳纖維產業基礎，碳纖維企業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，江蘇沿海地區是我國三大風場，最近幾年風電發展迅速，碳纖維在風機葉片上量也很大，但目前主要是國外的企業在用，國內的企業受制技術問題，還沒有形成規模。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。

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

江蘇的碳纖維產業雖然比較全，上下游產業鏈比較齊備，但是分散各地，相互協作不多，各自為戰，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，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生態非常好，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勢企業，下游應用也有很多家非常有實力的企業，以及廣泛的前景，但需要選擇合適的地點作為重點發展的基地。

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，但也會穩步增長。目前最大的變量在汽車，如果說其他行業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和車企形成聯盟，共同開發，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的HP-ATM和濕法模壓的范圍，向更加廣闊的方向發展，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展和應用將迎來爆發性增長的前夜，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，教育部工程教育認證專家，中國塑料加工工業協會專家組成員，中國復合材料學會會員，江蘇復合材料學會常務理事，蘇州大學產業導師。多年從事纖維、粉體增強的高分子基復合材料的研發、生產的技術工作，開發了多項產品投入市場，創造良好的經濟效益，在科學期刊發表論文20多篇，申請專利多項，其中20多項已經授權。