碳纖維新興領域需求量被引爆,傳統應用領域路在何方?

    材料工業作為我國七大戰略性新興產業、“制造2025”重點發展的十大領域之一,是制造強國和國防工業發展的關鍵保障。高性能纖維及其復合材料尤其是碳纖維復合材料則是引領新材料技術與產業變革的重要一環,其被廣泛應用于休閑娛樂、建筑加固、軌道交通、基礎設施建設等重要傳統領域。
  而隨著國內外各類新興產業發展,近年來,海上風電、航空航天、軍工、壓力容器等市場迅速爆發,新興領域碳纖維需求量被引爆。那么,傳統碳纖維應用產業該如何發展?其對于碳纖維復合材料的需求又該何去何從?這些都值得我們思考。
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  碳纖維——性能成就新材王
  碳纖維(carbon fiber,簡稱CF),是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成,經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。因其優異的綜合性能及高附加值,被稱作是21世紀的“黑色黃金”。它細如發絲,韌如鋼鐵,其密度不到鋼的1/4,強度卻是鋼的5-7倍。與鋁合金結構件相比,碳纖維復合材料減重效果可達到20%-40%;與鋼類金屬件相比,其減重效果可達到60%-80%。因此,它是結構輕量化的選材料,也是極端服役環境不可替代的功能材料。
  人類的發展是在眾多偶然現象之中發展起來的,猶如“盤古開天辟地”打開光明,碳纖維也是如此。
  從1860年英國人約瑟夫·威爾森·斯旺(Joseph Wilson Swan)追求光明,發明制作碳絲燈泡,到1882年碳絲電燈實用化。
  從1950年美國Wright-Patterson空軍基地研制黏膠基碳纖維,到日本碳公司開始生產低模量PAN基碳纖維……
  從美國UCC,再到日本東麗……
  20世紀中期以后,擁有碳纖維生產技術的分別是英國、美國和日本,而后在各國一系列重大科技工程和研究計劃的推動下,高性能纖維及其復合材料前沿技術不斷取得突破,碳纖維復合材料作為其中之一,也受到了很多政府和企業的青睞。
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  國內外碳纖維產業趨勢——國之重器路漫漫
 ?。ㄒ唬?、國外碳纖維產業發展趨勢
  目前,國外尤其是以美國、日本、歐洲為的部分和地區基于原先強大的工業基礎和長期積累,在碳纖維復合材料領域有先發優勢。
  有報道稱,碳纖維微納缺陷控制技術的突破為其高性能化提供了有力支撐,并再次引發高端碳纖維原材產品的競爭熱潮,比如:2018年11月,東麗株式會社宣布通過納米尺度上微結構及石墨取向調控,開發出了M40X碳纖維,在與M40J碳纖維模量相當的情況下,實現拉伸強度和斷裂延伸率提升約30%;2019年3月,赫氏集團立即呼應并推出HM50碳纖維,而像日本三菱集團與東邦化學株式會社也相繼進行碳纖維技術突破,意味著碳纖維技術在的競爭達到全新高度。
  此外,多領域產業發展也為國外碳纖維產業注入新活力,推動其跨入到新興工業應用的新階段。比如,寶馬公司與西格里集團的合資企業西格里汽車碳纖維有限公司(SGLACF)此前宣布其先進的碳纖維工廠正式投入運營,將覆蓋碳纖維生產的完整價值鏈,嘗試控制其材料源頭;東麗株式會社通過收購卓爾泰克公司從而進入大絲束市場,實現大絲束與小絲束多元化發展,以應對未來風力發電、汽車、壓力容器領域對工業級低成本碳纖維的井噴式需求等等。
  國外在碳纖維復合材料方面依靠相對成熟的技術能力,在多元化、高競爭下形成其產業生態圈,并相互依存,實現了技術與資本的交叉融合,產業化步伐也逐漸跨入成熟發展階段。
 ?。ǘ?、國內碳纖維產業發展趨勢
  近年來,隨著在碳纖維領域投入的不斷增大,我國碳纖維產量所占的份額也在不斷提高,我國碳纖維產業進入到了前所未有的新發展階段,培育了威海拓展、中復神鷹和江蘇恒神等碳纖維生產骨干企業和一批碳纖維復合材料及制品企業。
  目前,我國核心技術不斷突破,產品性能逐步提高,已突破基本型(T300級)碳纖維的研制、工程化及航空航天應用關鍵技術,實現重點型號的自主保障;更開展了濕法高強型(T700G級)碳纖維及高強中模型(T800H級)碳纖維等的工程化及其應用關鍵技術攻關。我國碳纖維復合材料應用技術日趨成熟,應用部位由次承力構件擴大到主承力構件,由單一功能材料向多功能、結構功能一體化轉變,有效緩解了重大工程、國防重點裝備的迫切需求。
  從國內整體趨勢來看,2020年市場碳纖維的總體情況延續了2019年供不應求的局面。隨著國內碳纖維復合材料技術的不斷突破,國產碳纖維性能不斷提升,目前如中復神鷹等的產品質量與部分價格已向外資看齊,品質與日本等國外的碳纖維企業差距逐步縮小的同時,價格差距也在同步縮小。
  總之,據預測,2021年供不應求的情況會持續加劇,預計未來3-5年,國內外碳纖維復合材料行業都將延續近幾年快速發展和增長的趨勢。
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  碳纖維應用領域的變化趨勢——幾行歡喜幾行愁
  如上所述,近年來,國內不斷加大軌道交通、新能源等新興產業以及新型基礎設施投資,國內碳纖維市場有望迎來擴大應用、實現產業可持續發展的重要機遇。但對于傳統應用領域來說,新興產業碳纖維需求量的增長,對其有著不小的影響,可謂是“幾行歡喜幾行愁”。
  根據《2019 年碳纖維復合材料市場報告》統計,2019 年碳纖維總需求為 10.37 萬噸,其中用量端風電葉片、航空航天、汽車等新興產業為主要需求點。
  在節能減排和碳中和等理念和政策推動下,海上風電葉片用碳纖維,預計總需求量將達到從3萬噸到10多萬噸的飛躍;軍工、航空航天和商用飛機碳纖維需求量近幾年也在持續快速增長,這些都將會促進各大碳纖維企業加快產能建設步伐。
  在新興產業碳纖維需求劇增的情況下,碳纖維擴產生產線建設速度卻很慢,國內如中復神鷹新建的西寧基地,目前暫無成品產出;光威包頭項目投產遙遙無期……投資大時間長,將會導致供需關系進一步失調,不同行業間碳纖維需求競爭壓力陡增。由于目前國內碳纖維企業已經基本納入了央企或地方國企旗下,秉承“高質量發展”理念,碳纖維供應或將優先向更加重要的新興產業偏移。
  那么對于如休閑娛樂、建筑加固、軌道交通等傳統碳纖維應用領域來說,在產能緊張、行業間競爭激烈的情況下,在傳統應用產業中碳纖維原材銷售或將采取高價策略,屆時行業內將受到“高價”與“供應緊張”的雙重沖擊。
  同時,就碳纖維復合材料本身而言,與碳纖維大絲束相比,體育休閑、建筑加固、軌道交通等領域所需的小絲束需要更高級的制造工藝,相對而言的成本也會隨之升高,這對于傳統碳纖維應用產業來說也是個不爭的事實。
  國資、供需失衡等因素疊加,使國內碳纖維不斷提高售價。2020年1月到12月,主流廠商每噸碳纖維提價約3萬元。2020年12月,碳纖維原材巨頭東麗公司受到日本經濟產業省嚴重警告:“原則上沒有經濟產業相的批準,禁止出口”。在此情形下,2021年伊始,碳纖維市場價格持續上漲?;诖?,未來碳纖維原材價格或將一路走高。
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  碳纖維下游企業的策略建議——供需改革新常態
  針對我國碳纖維復合材料的發展現狀及趨勢,對于碳纖維下游產業,尤其是傳統應用產業應該引起關注,并積極做出改變以應對當前局面。
 ?。ㄒ唬?、轉變思維,形成高品質意識
  對于傳統應用產業來說,由于其自身定位不同,發展結果也將存在差異化。部分將流通領域的業務放在位的企業,以貿易養技術,隨著碳纖維市場的競爭加劇,由貿易所帶來的利潤率開始下滑,短時間內又很難適應技術為主的經營戰略,導致企業難以為繼。
  同時,一些下游產業中的小規模企業,由于思路局限,將產品定位在較低檔次,缺乏精品意識,一味追求低成本,這無論對于碳纖維原材企業還是對于下游企業都將形成惡性競爭,終被動淘汰,造成企業發展的路越走越窄。
  因此,我們需要轉變原有過于追求低價的思維模式,打破原有傳統應用產業碳纖維使用質量良莠不齊的現狀,形成“品質為先”的思維模式。同時,隨著我國碳纖維復合材料原材價格的不斷上漲,逃避已不能解決任何問題,直面不同行業間的供需競爭所帶來的壓力與挑戰,積極響應其價格變動,才是長久之計。在堅持高品質的情況下,有效進行價格調整,對于行業內的科技與經濟發展都能起到積極帶動作用,支撐相關產業均衡發展。
  (二)、健全產業體系,形成健康產業生態
  目前,我國碳纖維復合材料產業體系并不完整,在部分傳統應用領域仍存在無序競爭和低水平應用的亂象,不僅造成大量和社會資源占用與浪費,也將嚴重不利于行業競爭力和可持續產業生態的形成。
  事實上,與上游企業一樣,下游企業也必須以技術為主導,技術的創新性與獨特性決定了企業的市場競爭力,在這個一體化的時代,碳纖維產業鏈下游的這些中小企業需要提升單一的市場開拓力,以優勢互補、技術共享的方式有效降低企業的科研成本和硬性投資。
  同時,對于傳統應用產業,我們也需要圍繞重點需求,聯合碳纖維原材企業、研究設計機構、應用單位等共同開發碳纖維復合材料,建立上下游協同的創新研發體系,形成具有特色的產業優勢,支撐碳纖維及其復合材料技術向自主創新方向轉變。
  總之,從目前的形式來看,無論是新興產業還是傳統應用產業,想要獲得發展,“眼光”與“實力”同樣重要。
  路漫漫其修遠兮,碳纖維產業也需將上下而求索。