上周，印度國防研究及發展組織（DRDO）宣布，拉杰夫·瓦什內博士（Rajeev Varshney）成功研發出了新型煤球爐，可以避免室內取暖一氧化碳中毒危險，不再需要操心半夜起爐子通風，據介紹，這一新型煤球爐由于形勢緊張，將很快運用于印度高原地區前線哨所，不過按照同一地區邊防官兵以往使用煤球爐、或者更為簡陋的牛糞煤渣混合燃料經驗，即便解決了中毒之類起碼的安全隱患，其取暖效果也只能說聊勝于無，以往哨所使用煤爐取暖，晚上睡覺往往要穿好棉衣棉褲、戴棉帽子，在棉被上額外再蓋上厚厚的大衣，即便裹成這樣，晚上還會被凍醒，一早醒來，臉上還可能結上了一層冰霜。

　　今天在高原高寒地區進行反蠶食斗爭的軍人，則再沒有了這樣的煩惱，去年冬季亮相的解放軍新型自供能拆裝式營房中，見不到煤爐的影子，但在室外零下數十度的低溫下，這些無需外界供能，像搭積木一樣能夠靈活組合拼裝的保溫房艙，室溫卻能保持在零上十幾度，不少戰士甚至身著短袖體能訓練服在洗漱，令實地探訪的解放軍報記者都大為驚訝。

　　外觀看起來和對面印度差不多的簡易營房，因為科技和工業能力的巨大差異，有了這樣實際體驗的天壤之別。

　　為了實現高寒地區保溫的嚴苛指標，除了用新型聚氨酯復合板材減少熱量散失，室內取暖熱源也必不可少，作為保溫方艙七大模塊之一，供暖模塊平時以被動太陽能集熱為主，風雪和極寒天氣下則依托風光柴儲微電網采用紅外主動供暖，碳纖維等新型材料在其中發揮了重要作用。

　　不僅是在軍事斗爭前線，碳纖維這一高端新材料在解決西部高寒地區居民冬季取暖上也已經開始試點，例如在青海地區推廣的新型“電熱炕”，就是用一塊碳纖維發熱板鋪在傳統的火炕上，據測算，由于新型材料的應用，‘電熱炕’10個小時的耗電量僅有1.2度，按青海180天的采暖季計算，一個冬天只要一百多塊錢電費，較燃煤燒炕取暖節約上千元。

　　不過對于大多數人來說，碳纖維仍然是一種相當稀罕的高科技，公眾印象中，顏色黑黑的，帶點織物紋理，又輕又牢固，成本極高是碳纖維的幾大特點，往往只在尖端航空航天領域應用，日常生活中加入了碳纖維材料的東西，從手機電腦到汽車，定價上往往都能夠理直氣壯高出普通材質一籌，成為一種消費檔次的直觀符號，故而在某寶之類的網站上，仿碳纖維紋樣的電腦、汽車貼紙十分暢銷，不少人樂于用幾塊錢提升一下個人心理感受。

　　
02物以稀為貴

　　碳纖維為什么這么昂貴？當然是因為其制備不易，產量稀少，經過了這么多年的發展，碳纖維目前的年產量也僅僅才10萬噸左右。

　　說起來，碳纖維的原料不算稀罕，以主流的聚丙烯腈（PAN）為例，我們生活中大多數人身上穿的毛衣，都會用到聚丙烯腈纖維化后的腈綸材料，取代昂貴的天然羊毛。

　　但從聚丙烯腈到終我們看到的碳纖維產品，這個制備流程卻十分漫長。

　　還是以主流的聚丙烯腈基碳纖維為例，不溶于水的化工產品—聚丙烯腈先需要以特殊溶劑和單體、引發劑混合，調制形成紡絲液，紡絲液再從淋浴花灑噴絲孔里擠出，在特制的含水溶液中洗一把凝固浴。

　　因為PAN材料不溶于水，擠出的液體射流就開始沉析成凝膠結構的白色絲條，同時原液中含有的溶劑也擴散出來，經歷了這個關鍵性的凝固浴工序后，成型的PAN絲條就可以一邊水洗干凈，一邊整理形狀了。

　　相信大家對蘭州拉面制作過程并不陌生，醒發的面團切成條狀后，要在上面抹油防止黏連，隨后通過各種花式抻面，在牽引力的作用下，面條越來越細越來越均勻，強度也越來越高（有嚼勁），類似的，PAN絲條也要涂上油劑，通過精確控制的牽伸終獲得細旦化、高強化的碳纖維原絲。

　　接下來，白色的原絲通過預氧化、碳化等高溫連續工藝，如同生面團烤制面餅，顏色從白變黃，再從黃變黑，纖維也越變越細，在高溫中PAN高分子材料的氫、氮、氧等成分氣化揮發，終形成結構致密強度驚人的碳纖維。

　　這還不算完，高強度（不容易斷）高模量（不容易形變）的碳纖維絲又是怎么變成不同形狀碳纖維材料的？

　　如果是簡單的板狀、管狀材料，還能夠通過纖維絲與樹脂類“基體”搭配編織纏繞來解決，如果是更復雜的三維構件，就需要碳纖維片和樹脂基體層層鋪疊后，在高溫、真空模具中一次固化成型，終成為牢固輕便的“碳纖維復合材料”。

03UCC跌倒，東麗吃飽

　　碳纖維與別的化學纖維制品大的不同，在于終端應用場景異?？量?，比如腈綸絲絲質好一點差一點，無外乎售價不同，低檔腈綸做的廉價毛衣一樣能御寒過冬，可安裝在衛星、飛機乃至汽車上的碳纖維結構件，則來不得一絲一毫的質量不確定性，對碳纖維絲的品質要求極高，不存在可用和不可用之間的冗余空間，而從原液到碳纖維絲成品的生產又往往是一個工序繁多、工藝細密的連續過程，時至今日，具備碳纖維工業化生產能力的企業依然屈指可數。

　　日本東麗公司無疑是其中耀眼的明星，在今天的碳纖維產業界市場份額一家獨大，技術水平也遙遙。

　　然而在碳纖維產業發展之初，原名東洋人造絲株式會社的東麗，卻還是個無足輕重的小角色，市場的領軍者是美國化工巨頭聯合碳化物公司（UCC）。

　　上世紀五十年代，UCC研究人員羅杰·培根博士在實驗中無意發現了具備優越物理性能的碳“晶須”，通過其后的工藝摸索，以人造絲為原料，開發出了人類歷史上早的碳纖維材料制備方法，1958年，UCC公司就開始向美國空軍供應碳纖維材料，標志著碳纖維復合材料開始替代昂貴的硼纖維，在美國航空航天領域得到應用。

　　這則碳纖維復合材料得到新應用的報道，在大洋彼岸的日本產生了反響，大阪工業研究所（GIRIO）研究員進藤昭男馬上跟進，很快突破了以PAN為原料制備碳纖維的技術原理，并注冊了相關，不過由于缺乏成果轉化動力，此后長期被束之高閣。

　　直到1969年后，新任美國總統尼克松為扭轉貿易失衡，對美日纖維貿易開始下手，日本政府為了換取沖繩領土返還，秘密接受了對美紡織品出口自我限制的要求，此即著名的“以線（紡織品）換繩（沖繩）”密約，在出口限制的束縛下，日本紡織企業不得不開始尋找出路，作為源出三井財閥，此時日本大的腈綸生產商，東麗公司也開始在PAN新材料新應用上展開摸索，PAN基碳纖維成為東麗、三菱、東邦等日本紡織巨頭不約而同的發力方向，進藤昭男的技術一下子炙手可熱。

　　轉型更為堅決的東麗公司笑到了后，在1970年正式拿下了進藤昭男的授權，并與其他兩家國內競爭對手達成了君子協定，技術和業務上以東麗為主，互通有無，一致對外，1971年，東麗次實現了PAN基碳纖維的批量生產，同年四月，東麗公司專門成立了新事業推進部，以碳纖維為重點開始開拓海內外市場。

　　盡管東麗的PAN基碳纖維相對于人造絲碳纖維而言稱得上物美價廉，但在國外市場，特別是重要的美國市場上仍然難以挑戰聯合碳化物公司的地位，UCC在發現了PAN基技術路線的潛力后，干凈利落地與東麗達成了北美市場獨家代理以及相互技術授權合同，也就是說，東麗的東西不錯，但在美國銷售必須要經過UCC轉手，航空航天等大客戶資源仍然在市場老大手中，同時，UCC還可以逐漸建設自己的PAN基碳纖維生產線。

　　1984年，基于東麗原絲的UCC自有品牌碳纖維上市，眼看著東麗就要被“禮送”出美國市場了。

　　就在這個關鍵時刻，一場發生在印度的重大事故改變了碳纖維市場格局，1984年12月3日，聯合碳化物公司設在印度邦博帕爾市的農藥廠發生劇毒氰化物氣體泄漏事件，周邊居民死亡上萬人，傷殘五十余萬，是迄今為止人類歷史上嚴重的工業事故。

　　盡管聯合碳化物公司堅稱這不是自己的問題，而是印度雇員心懷不滿故意報復所致，但市場不會跟UCC客氣，面對崩盤的股價和洶涌的敵意收購暗流，UCC不得不大幅收縮變賣業務，籌措現金應付收購和賠償壓力。

　　幾乎是一夜之間，擋在東麗和北美市場高端客戶之間的那層窗戶紙不見了。

　　東麗公司抓住這個歷史性機遇，與波音等航空巨頭開始建立直接業務聯系，借助民用客機輕量化的風口，一舉奠定了90年代后延續至今的碳纖維市場絕對優勢地位。

04“想抓一抓碳纖維”

　　70年代后期，以著名的“7511”會議為標志，在尖端國防裝備需求牽引下，國內也開始了高性能PAN基碳纖維技術的追趕，然而國產碳纖維幾經攻關，質量卻總是難有大的突破，纖維束不均勻、毛絲多，力學性能也上不去，和國外產品質量差距越拉越大。

　　八十年代中后期，引進國外先進設備和技術一度出現希望，1986年，以聯合國開發計劃署扶持項目的名義，上馬了“碳纖維及其復合材料的開發應用”，向英國公司購買年產100噸/年碳纖維生產裝置和技術，盡管這套大絲束預氧化爐和炭化爐設備突破巴統重重技術封鎖，歷時七年終于在吉林完成安裝調試“驗收”，但實際上引進的關鍵設備卻無法正常運轉，2700萬總投資打了水漂，分管碳纖維研發的時任科委二局新材料處李克健處長，直言不諱地將之稱為“我國新材料研發中是為數不多的失敗案例”。

　?。ㄓ鳵K公司和的緣分并沒有就此結束，碳纖維技術先驅，RK公司的母體考陶爾茲(Courtaulds)在2007年將大絲束PAN原絲工廠及相關賣給了藍星石化）

　　一連串失利嚴重挫傷了各方面的信心，1990年代后，在碳纖維領域研發投入放緩，航天航空急需的高性能碳纖維材料不得不繼續通過各種非正常渠道解決。

　　在這樣的至暗時刻，師昌緒先生出現了，2000年初，八十高齡的師昌緒院士找到李克健，表示了對碳纖維技術落后的憂慮，“想抓一抓碳纖維”，李克健反應是：“這事太復雜！誰抓誰一手屎！”，然而師先生隨后的表態深深感動了他，“如果碳纖維搞不上去，拖了國防的后腿，我死不瞑目。”

　　2001年，師先生上書領導，獲批863計劃碳纖維專項1億元經費，2003年，師先生又爭取到自然科學基金對碳纖維技術的經費支持，碳纖維關鍵技術攻關重新獲得了動能。

　　在師昌緒先生的領導下，863-304專項（碳纖維專項）打破了成果相互藏私，缺陷相互推諉的各自為戰局面，明確了PAN原絲作為技術突破口，形成了以企業工程化為核心的考評體系。

　　在一盤棋的正確項目管理戰略指導下，參與304專項的院所和企業密切合作，相繼突破了PAN基碳纖維噸級試驗線、百噸級中試線、千噸級規?；a線，軍用高性能碳纖維材料基本實現自給，在說起碳纖維產業格局的時候，企業作為一個整體，具備了“被討論”的資格。

　　盡管軍用高性能碳纖維被“卡脖子”的風險明顯化解，對價格不敏感的軍用碳纖維市場，也堪堪養活培育了數家技術基本過關的本土企業，但這些企業在更為“在商言商”的民用碳纖維市場上，仍無法與東麗等巨頭進行正面較量，原因也非常容易理解，東麗等巨頭已經形成了從原絲到碳纖維制品的上下游一體化生產，同時萬噸以上的產量也形成了規模經濟，可以游刃有余降價傾銷，打壓競爭對手，國內企業在民用碳纖維絲市場，往往需要低于成本定價，虧本倒貼錢，才能讓終端制品商有動力選擇國產碳纖維，越賣越虧錢的狀態下，即便有軍品市場輸血，但企業也難以積蓄內部資源改善技術擴大投資，進而難以有效建立起相關企業研發、生產、銷售的穩定正向循環。

　　
05“要1300年！”

　　碳纖維生產要降低成本，除了擴大產能和產業鏈整合，在效率提升中榨出汁水，還有一種立竿見影的方法，那就是造大絲束，也就是一束碳纖維成品中“捻”在一起的纖維絲多一些，按照纖維絲的多少，碳纖維產品可以區分為3K\12K\48K等規格，48K以上，也就是每束中纖維絲大于48000根的產品，通常被界定為大絲束碳纖維。

　　為什么大絲束碳纖維就便宜呢？

　　核心原因是原絲便宜，根據分析，聚丙烯腈原絲在碳纖維成本構成中通常占據50-70%比重，原絲價格降一塊錢，碳纖維絲成本就立刻能降五毛。大絲束碳纖維可以直接使用國內外市場自由流通的民用聚丙烯腈原絲，而小絲束碳纖維，則往往需要敏感性極高的特制高性能原絲，不但受到嚴格的技術封鎖，價格上也有數倍的差異。

　　一分價錢一分貨，小絲束碳纖維性能通常好于大絲束產品，在航空航天等“宇航級”高端應用中目前仍然居于主流，然而在民用領域，無論是汽車也好，風電葉片也好，運用的物理環境都寬松得多，大絲束碳纖維性能已經綽綽有余，價格還動輒能夠便宜一半，在民用市場已經逐漸在取代小絲束傳統地盤。

　　碳纖維產業界已經敏銳地把握到了大絲束這一潮流，千噸級規?；a線之后，以大絲束碳纖維連續生產為突破口，碳纖維產業的“萬噸”時代業已開啟。

　　2021年1月4日，石化控股子公司，上海石化投資新建的碳纖維項目正式開工。該項目總投資35億元，將建設2.4萬噸/年的碳纖維原絲和1.2萬噸/年的48K大絲束碳纖維產線，計劃2024年全部建設完成。

　　引用新華社的評價，“這是國內家突破被稱為“黑黃金”的48K大絲束碳纖維產業化技術的企業，標志著我國大絲束碳纖維從研發試產成功走上規模化生產之路。”

　　今天光芒四射的上海石化，在十多年前還是國內碳纖維產業版圖上不存在的角色，2005年，由于蘭州化纖廠采用硫氰酸鈉（NaSCN）溶劑路線的碳纖維原絲研發停頓，上海石化才被中石化母公司臨陣點兵，接過了打通NaSCN路線碳纖維產線的重任，正如前文所述，碳纖維長流程精密生產的特點，從紡絲液的攪拌速度、牽伸輥的拉力和穩定性、噴絲頭和液面的距離、凝固浴液面會不會晃動......影響終產品質量的因素加起來是一個天文數字，控制每個因素的工藝和工裝又是多學科交叉領域，這使得實現碳纖維工業化生產的過程極其復雜，根據上海石化參研人員的回憶，“假設每個工藝過程中只調節兩個參數，每個參數實驗3個點，每天做 10個實驗，就要試上1300年才能完成。”更艱難的是，NaSCN溶劑又不同于已經成熟的、并且受到美日等國壁壘嚴密封鎖的DMSO（二甲基亞砜）技術路線，被認為是一個終難以走通的方向。

　　就是在這樣的重重壓力下，作為碳纖維產業界的新兵，上海石化新組成的37人研發隊伍沒有畏難退縮，而是放下包袱輕裝上陣，與復旦大學等研究院所高效協作，通過化學工程等理論分析和數值建模手段，打破了以往化工生產“炒菜嘗咸淡”的簡陋試錯尋優方法，大大縮短了工藝摸索進度，2008年底，上海石化硫氰酸鈉法（NaSCN濕法）碳纖維原絲中試產線貫通，2012年9月，自產原絲在自產碳纖維中試裝置上順利完成炭化，標志著NaSCN法碳纖維從原絲到成品的全套工藝正式貫通，強度、模量性能達到了東麗招牌品種T300水平，不僅繞開了日美等國的限制，也使上海石化一舉進入了國內千噸級規?；祭w維生產商的精英俱樂部。

　　
06壓路機

　　正是憑借著這樣高效精干的研發力量和豐厚的硫氰酸鈉法攻關成果，2016年5月受領大絲束碳纖維研制任務后，上海石化2018年3月就成功試制出48K大絲束碳纖維，并形成了工業化生產成套技術工藝包，獲得當年國際工業博覽會優秀參展展品一等獎，在千噸級規模生產線上實現了質量穩定后，厚積薄發后來居上的上海石化，終于一鳴驚人，拿下了國產萬噸級大絲束碳纖維項目的“頭籌”，在碳纖維產業歷史上刻下了屬于自己的里程碑。

　　在上海石化突圍的同時，吉林碳谷二期、中復神鷹青海、廣東金輝茂名、杭州超探衢州等萬噸級碳纖維產能也陸續對外公布，僅僅這些項目規劃的產能，就可以供應目前每年10萬噸左右的碳纖維需求量，毫無疑問，碳纖維產業在十四五開局之年進入了一個全新發展階段，企業將不再是以打包的形式出現在國際碳纖維市場分析報告中，而是必然將誕生數個能在叫響名號的碳纖維巨頭，有充足底氣參與國際競爭。

　　事實上，碳纖維當前的技術水平早已非吳下阿蒙，高端碳纖維材料不但基本實現了國內自用，還能夠在國外市場開疆拓土，在2014年西方對俄羅斯封鎖禁運之后，俄羅斯軍用高性能碳纖維出現了明顯供應缺口，在公開報道中，俄國Umatex等公司實現了國產替代，保障了俄羅斯隱形戰斗機等高端裝備的順利發展，但在幕后，吉林化纖T700級高性能碳纖維已經為俄羅斯客戶騰出了一條專線，Umatex公司也頻繁出現在吉林化纖的客戶互動新聞中，此中玄機嘛，你懂得。

　　碳纖維新熱潮的背后，是過去二十年碳纖維研發和工業力量鍥而不舍的投入積累了足夠技術基礎，在一個高度寡頭壟斷，依靠規模經濟理論幾乎不可能容納新進入者的市場上，形成了打破壁壘的產業動能。

　　展望未來，企業新產能在2020年代中期的集中釋放，將很快形成民用碳纖維市場價格體系的整體“下沉”，今天看起來地位萬無一失的東麗等巨頭，獲將重蹈在面板、光伏等寡頭壟斷市場類似角色的軌跡，在企業如同壓路機一般的洶涌產能和價格競爭中逐漸放棄低端市場，而瓜分了低端碳纖維市場，進一步獲得研發動能的企業，又將在固定資產更新周期中伺機而動，通過逆周期投資擠垮、耗死一個又一個傳統“巨頭”，在一個不長的時間內，就讓一個原先看起來高不可攀高高在上的市場，被“壓路機”變成飛入尋常百姓家的“白菜化”大眾消費品。