2016全球碳纖維復合材料市場報告(四)
7.1.航空航天應用市場
市場的發展趨勢如下圖：2016年對碳纖維的需求量為17,600噸。
航空航天市場的分市場份額（噸）如下圖：
商用飛機對碳纖維需求驅動是巨大的，前兩年受益于波音787為代表機群，2015年開始，空客A350又成為碳纖維需求的重要引擎。我們期盼商飛在國產碳纖維及復合材料研發上加大投入力度，為未來新機型的批量應用打下扎實基礎。
7.2.體育休閑應用市場
體育休閑市場十年來的需求發展情況如下：
體育市場的分市場份額如下：
2016年的主要增量在自行車上。體育休閑市場的特點是：國際品牌，大地區（以臺資為主）加工制造。制造工藝相對傳統，勞動力密集，生產過程小革新不斷，但重大工藝創新能力不足。歐美企業主要從事產品設計與品牌運營，這可能是創新不足的重要原因。
7.3.風電葉片應用市場
低風速風場和海上風電共同推進了葉片的大型化發展，碳纖維成本的持續降低，葉片復合材料工藝的創新，使得2016的風電對碳纖維的需求迅猛增長。
國際主要采用碳纖維制造風電葉片的企業是：VESTAS、GEMESA-SIEMENS、Nortex和GE，這幾家公司均是使用碳纖維的重要推動者。重要的碳纖維葉片制造商還有LM、TPI和巴西的Tecsis。
我國主要的葉片制造商：洛陽雙瑞科技、中材科技、重通葉片、明陽風電、中復連眾、時代新材等均在積極推進碳纖維應用，今年可以批量推出大葉片。主機廠中，金風科技、海裝風電、上海電氣、明陽風電均在大力推進碳纖維梁帽的大直徑風機，應用形勢一片大好！
目前國際流行的梁帽工藝主要是：高滲透多軸織物的真空灌注、拉擠板材的真空灌注。廣州博匯攜歐洲多年驗證的灌注樹脂體系服務客戶。光威復材等企業在積極推進拉擠工藝的發展。大的瓶頸是低成本大絲束碳纖維及低成本高滲透多軸織物的供應。這對國產低成本碳纖維是一個絕佳的機遇，希望我們的碳纖維企業能夠把握。
7.4.汽車應用市場
在2015年報告中，由于寶馬公司的全碳纖維車身I3、I8，我們對這個行業充滿信心，以為碳汽車時代即將來臨，短短一年，對于汽車碳纖維，我們是五味雜陳的：
先是I3昂貴的價格，銷售情況不如預期。據說寶馬內部對全碳車身的戰略有所爭議與調整。似乎碳纖維在汽車的前途一下子變得暗淡。接著，寶馬的“Carbon Core 7”系車推出，全車16個多形態與工藝的零件，對碳纖維的需求有一定的彌補。國際復材與汽車界開始熱捧“混合材料”思想。燃料電池汽車開始成為熱門，高壓（35&70MPA）氫氣瓶又成為熱點。日系碳纖維廠家并購汽車復合材料零部件的熱情高漲，又為市場注入了信心。國內汽車廠家對碳纖維的態度，也是冷熱不均，讓碳纖維行業無所適從。
面對這個一個復雜的議題，先復合材料與汽車行業就需要求同存異，逐步達成共識，我們提出如下的意見，拋磚引玉，激發大家的思維：
1. 汽車需要量身定制的低成本碳纖維；碳纖維低成本技術需大幅度革新，甚者重新發明。
2. 汽車需要創新的復合材料供應鏈，每公斤的復合材料的成本需要接近、等同、甚至低于每公斤碳纖維成本；
3. 汽車界必須有正向的設計能力，才能發揮出復合材料的優勢；
4. 用復合材料的思維去設計汽車，用金屬汽車的思維不可能發揮復材的綜合優勢；
5. 碳纖復材綜合成本具有替代鋁合金的潛力，輕量化空間更大；
6. 以復合材料為主材料的綜合成本體系需要重新建設，用金屬成本體系很難算出碳纖維復合材料的優勢。
7.5.壓力容器應用市場
對于壓力容器市場，我們保留了2015年報告中的評價。
壓力容器，盡管眼前的市場需求并不很大，卻有著蓬勃發展空間。
A：燃料電池的低成本突破，將會對新能源汽車的技術路線圖，做出根本的改變，出現電動汽車與燃料電池汽車并行的市場局面。2015年下半年，豐田推出的燃料電池車MIRAI，得到市場的熱捧。其他公司燃料電池汽車也將在2016-17陸續 推出。這對高壓氫氣瓶將帶來強勁需求，對高品級碳纖維將有巨大的拉動。
B：CNG拖車大氣瓶的需求，在Hexagon Lincoln的推動下，其新款TITAN XL（40尺柜，15000標準立方米）2015年在拉美試運行，2016年7月獲得美國交通部上路許可。國內中材科技也在積極推動這個項目。
壓力容器對碳纖維的性能穩定性要求極高，這源于壓力容器非常嚴格的安全要求。碳纖維企業需要向客戶證明：從第1天到第365天，生產的碳纖維的品質是穩定的。“維穩”無疑是碳纖維產業為核心的因素。而壓力容器的進入，無疑是對碳纖維企業的一枚榮耀的“勛章”。
7.6.混配模成型應用市場
前面提到：混配模成型（Molding& compound）嚴格講，不是一個應用市場，而是對工藝的描述，但由于這些工藝橫跨的應用多，所以，把它歸類成一個應用，便于說明。
混配（compound）是指非連續碳纖維增強塑料，主要包括短切增強和LFT，這個材料形態是可以成為一個重要的低成本復合材料的方向。目前的主要問題是：經過雙螺桿及后續的注塑機單螺桿的兩次剪切，在制件中，纖維的平均存留長度只有0.1-0.2毫米，這嚴重地影響到復合材料的力學性能。如果，纖維存留長度達到1-2毫米，力學性能可以提高30%，碳纖維LFT是一個可以保留更長存留長度的工藝，但是纖維均勻分散不容易，對塑料的粘度影響大。如果能實現直接混配與注塑，降低加工成本，這個產品就有望替代部分非連續玻纖增強塑料，甚至成為結構件材料。
模成型（Molding）主要是指片狀模塑料Sheet Molding Compound-SMC，團狀模塑料Bulk Molding Compound-BMC,這類材料是纖維與熱固性基體混配后形成的，這些經典的玻纖的工藝，正在為碳纖維所采用與改進，玻纖的SMC更多是外飾件，而碳纖維SMC完全可以成為結構件。同時良好的隨形性，可為結構人員提供較廣闊的設計空間。與SMC,、BMC類似的材料形態與工藝，也是低成本復合材料重大的發展方向。
非連續碳纖維復合材料，以對纖維性能的犧牲換取了低成本和高產能及設計的便利性，更好地滿足了工業領域對性價比的需求，這是人類在技術進步過程中的一種商業化的折中選擇。
7.7.建筑應用市場
建筑領域是碳纖復材可以發揮重大作用的領域，主要應用是對老建筑的補強。
除了建筑補強領域，橋梁的拉索的復合材料化，是日本研發的重點，我國也曾經做過一些研究.
對于海上建筑（人工島嶼、海上石油平臺），碳纖維復合材料不光輕（降低運輸、工程費用），而且耐腐蝕（可大大提升使用壽命），在成本降低之后，會有更加廣闊的應用空間。
軍事上，采用輕質剛強的碳纖維復合材料，可以大大提高部隊臨時架設橋梁的效率，從而大幅度提升作戰速度。
碳纖維增強水泥，碳纖維格柵增強混凝土，碳纖維格柵除冰公路，在國際上也有較多的研究，某些項目已經產業化。
影響碳纖維在建筑領域擴大應用的主要障礙有兩個：一是施工隊偷工減料，施工人員技能良莠不齊，導致昂貴的碳纖維復合材料的補強效果與質量與甲方的期盼不一致，影響了使用的擴大；另一方方面，碳纖維的高昂價格，也讓很多工程用不起，低成本碳纖維將極大地推動這個領域的應用。
7.8.船舶應用市場
目前，船舶領域對碳纖維的需求主要是：競賽類船舶及附件，超豪華游艇及軍事用途的船舶，以及各類船舶的桅桿。競賽類船舶如同F1賽車，是先進材料積極應用者。
各大海軍強國加強了對碳纖維復合材料的使用，我國正在大力發展海軍先進裝備，一些特殊的部件，已經展示出對碳纖維的較大的需求潛力，這充分說明自主創新的對先進材料的歡迎與敢用。對于軍艦的推進器及聯動軸系統，碳纖維復合材料的降噪與增效效益明顯，然而，海水的工作條件與負荷情況，與我們熟悉的空氣工作環境與負荷，有較大的區別，敢試敢用，才是解決這些技術難題的正確出路。
7.9.其他值得關注的應用市場
電子電氣市場
隨著便攜式消費電子產品的發展，輕薄化已經成為一種流行趨勢，筆記本電腦普遍降到1公斤以下，IPAD從900克向700克發展，后續會降低到500克，手機的輕薄無疑體現了高科技，碳纖維成為替代鎂鋁合金的重要材料，同時，碳纖維與航空航天的關聯，讓其充滿科技性感。成為各大消費電子關注的重點材料。
索尼、聯想是碳纖維用于筆記本電腦的主要推動著。大陸與臺灣，是集中的消費電子代工基地，如果把這個領域做起來，可以形成獨特的競爭優勢。
目前主要使用的材料形態有：短切增強碳纖維塑料、連續碳纖維薄板。曾經電子行業對復材提出連續碳纖熱塑復材的需求，業界做了大量的努力，目前還沒有看到成功的案例。電子行業對碳纖維復材要求類似汽車，批量大，品質穩定，成本有競爭力。
高速鐵路
我們在2014，2015年的報告中均提到高速鐵路的輕量化及碳纖維復合材料的巨大應用潛力。國際上各大高鐵技術公司，都在緊鑼密鼓地開發高鐵用碳纖維復合材料，比如日本采用碳纖維與芳綸的混雜材料做車體下部的裙邊，韓國借鑒整體機身的纏繞工藝，開發出碳纖維復合材料整體車身。轉向架，車頭，地板等等部件，國外均有碳纖維復合材料的研發。
鋼鐵俠馬斯克旗下的HyperloopTransportation Technologies (HTT)宣布了與Carbures Europe SA合作開發全尺寸的、純碳纖復材的膠囊機車。
碳纖維氈與紙
碳纖維除了是結構材料，也是非常優秀的功能材料。碳纖維紙被應用到燃料電池的氣體擴散層，隨著燃料電池的興起，碳纖維紙的市場一定會有大的發展；薄氈（2毫米左右）已經被應用大型液流電池的極板，需求潛力巨大；傳統的鉛酸電池依然是目前性價比較高，用量大的電池。使用特殊處理過的碳氈替代現有的鉛正負極，可以提升電池的充放電性能與壽命。100萬只電池需要160噸碳氈，潛在市場巨大。
8.觀察、思考與建議
對于2016年的碳纖維發展，我們的綜合判斷是“整體黯淡，部分亮點”，所謂“整體黯淡”是指：我們現有的具有工程生產能力的24家企業中，真正活躍生產并有市場影響力銷售的廠家（不含航空航天），大約只有5家公司。部分亮點是指：已經有企業可以突破盈虧平衡，有企業正在儲備低成本碳纖維原絲能力。從2003年至今，與社會不可謂不重視碳纖維，總體投入不可謂不大，然而效果平平。航空航天用碳纖維，基本滿足了需要，但是，我們不得不承認：我們僅僅是非市場經濟下的低層次的滿足水平；整體科研水平乏力，離開東麗的產品指引就基本找不到北；工業級低成本碳纖維基本還沒有起步，蓬勃發展的風電葉片、汽車等工業需求帶來的市場良機，很可能又讓我們失之交臂；整個行業彌漫著悲觀情緒，鼓足勇氣、挺直腰板吼幾嗓子中，還時常摻雜著忽悠的雜音，“這代人搞碳纖維不靈？”這已經成為一個嚴肅的話題了。
層面上，也看到上述的問題，2016年年底至今，新材料發展產業領導小組活動頻繁，出臺的四條基本指導原則：“需求牽引、戰略導向”，“創新驅動、重點突破”，“產用結合、軍民融合”，“市場主導、政府推動”。我嘗試用碳纖維的現狀去解讀上述原則，為尋找發展之路拋磚引玉。
需求牽引與戰略導向：
每一個碳纖維企業，都有一個航空航天軍工的強國夢，都有家國情懷，這值得尊敬。但當大家都擁擠在同樣需求的獨木橋上，必然發生惡性踩踏，我們需深刻反省導致這個結果的原因。美國有強大的航空航天軍工產業，“以軍撬民”玩得熟練與成功。我們能否模仿這個思路呢？兩點重要差異：需求規模的巨大差異，需求企業能力與所有制差異。我國的碳纖維需求結構與國際市場有顯著的差別：我國是體育器材、建筑補強為主。而國際市場的主要需求是：航空航天軍工、風電葉片、汽車及壓力容器。而我國在這四方面均有基礎，但創新能力不足，需要強有力的“戰略導向”去引導與培育市場，讓市場需求結構與國際市場接軌。
創新驅動，重點突破：
東麗是值得尊敬與學習的，東麗有其自身的市場及相對應的產品，這不是國際標準。學習東麗，主要是學習他開拓創新、精益求精的文化。碳纖維的重要魅力就是可根據應用量身定制，飛機主結構用碳纖維、汽車用碳纖維、風電葉片用碳纖維…….這可能應該是我們研究與談論的，而非動輒“T800，T1000”。我們要發出質疑：“提高強度要依靠消除微缺陷”就是唯一途徑？“要做到中模量碳纖維就只有細旦化一條路”？習慣了模仿，我們竊喜于走了捷徑，但我們失去了基本的思維能力，吃了大虧。碳纖維行業必須發出“拒絕模仿、以基本科學原理為指導、開拓創新”的強音。我們認為目前碳纖維產業的突破方向有二：根據特定應用要求，研發超高性能碳纖維；認真反省現有服務于航空航天軍工碳纖維技術及產業鏈，革新碳纖維制備技術以適應工業應用的低成本的要求。
產用結合，軍民融合：
產業就是要服務與當期和預期的應用的，學術與實驗室可關注前瞻性。把應用前景忽悠成市場潛在訂單，產業界吃虧上當的案例不枚勝舉。波音787，空客350，商飛C919的之間的聯想，讓不少碳纖維人士激動，這個應用前景變成了一克國產碳纖維的訂單了嗎？波音也花費了數十年的海量投入，才讓碳纖維成為飛機的主要材料。前文的國際價格分析，我們現實可觸及的“用”，就是12-16美元/公斤的市場，或者是10美元以下的巨大市場。“產”如何與“用”結合？今天的絕大部分“產”的成本高于“用”，如何去發展低成本技術？碳纖維軍民融合的思路不能照搬美國的“以軍撬民”的模式，軍民各自發展，各自強身健體，以生產穩定、品質穩定為共同發展之目標。“軍”重點在高性能，“民”重點在低成本，低成本并非意味“低性能與低品質”。當“高性能、高品質、低成本”的纖維在市場大量存在時，軍民融合就會水到渠成。
市場主導、政府推動：
任何絕對依靠于市場之手或政府之手的觀點，均于解決現實問題無益。在碳纖維領域，基本是以市場為主導的：日本東麗公司成為波音公司的大碳纖維供應商，美國HEXCEL成為歐洲空客公司的大供應商。各生產或地區對碳纖維的出口均有一定程度的“出口許可與管制”的法律，這個政府干預之手也客觀存在。我國碳纖維發展中，市場的盲動表現得淋漓盡致；我們腦子中小農經濟或簡單制造業烙印明顯，缺乏對高科技與工業文明的敬畏和規律的把握，加上有各類政績驅動，亂象由此產生；碳纖維作為新興戰略材料，西方自由市場經濟的發達，也通過產業政策在引導與推動市場，力度與精準度超過。發布強有力、精準的碳纖維復合材料產業戰略勢在必行。
提出碳纖維產業的現有問題，并非是否定這個行業，只是希望從這些問題，去激發行業去探索解決問題的思路。行業遇到再大的困難是不可怕的，行業失去了思想才是可怕的。針對上述提到的問題與產業現狀，我們提出如下的建議，期盼激發行業的更深思考：
級行業發展戰略
碳纖維市場的發展，已經明顯分出兩個不同特性的市場及價值鏈：以航空航天需求為驅動的高性能碳纖維，已經以汽車風電等工業需求的低成本碳纖。我們應該根據這兩大類市場的規律，去制定展戰略。在發展高性能碳纖維方面，一定要根據我國航空航天軍工的具體應用要求，從科學原理出發，既要借鑒國際先進的技術，又要敢于質疑國際，去開創與探索我們的創新發展之路。對于低成本工業級碳纖維，從原絲方面，強大的腈綸工業的潛力還沒有有效挖掘，原絲新的技術與腈綸的嫁接技術還沒有有效開展，從丙烯（石化VS生物基）到聚丙烯腈的價值鏈還未有效整合，這些均可以較大幅度降低原絲成本。從碳化方面，今天的碳化工藝與裝備是為航空航天級別碳纖維而發明的，是一個典型的“慢火煲湯”的高能耗、高投資的設施，工業級碳纖維就沒有更節能與更低投資的技術？我們可以通過理論計算，從單位公斤碳纖維的全產業鏈投資成本及能耗水平，設定低成本碳纖維的技術路線圖。技術是今天碳纖維發展的核心障礙，我們的發展戰略要多一些技術創新方向指引。
面向產業的碳纖維及復合材料創新能力
幾乎是與同步開始研究碳纖維的，我們的科研隊伍并不??；我們的科研專家也非常能干，既要搞科研，還要兼顧工藝、裝備、工程、生產指導、銷售、甚至還要管理整個企業；但每家企業的科技人員力量都不夠強大，也養不起強大的科研人員；有限的科研經費基本成為補貼性質，不得不撒胡椒面。隊伍分散，重復建設，鮮見對有影響力的成果出現。這個創新能力建設要面向、提供工業解決方案；所有的設施與裝置要按照工業化研究的需要來建設；與國內外專家合作研究，提供硬軟件和經費支持，建立成果轉讓共享機制；以企業的方式管理中心，科研人員，測試表征，工藝人員，裝備人員、工程人員以數據為紐帶，協同工作；打通產業鏈，包括纖維、樹脂、復合材料及重點應用聯合創新；堅持服務行業，轉讓技術成果的原則；不自己創辦企業，保持持續創新能力；行業信賴且保持相對獨立，與現有的碳纖維企業與科研院校保持緊密的合作關系；面向、具有國際有影響力和競爭優勢。
加強行業自律與自我管理能力
加強行業自律與自我管理能力，才能實現行業的“舍小利，保大利，舍眼前，保長遠”：行業屢屢出現“過度宣傳”或“不實宣傳”，嚴重影響了行業聲譽；把技術偷竊當本事，惡意挖角，缺乏依靠技術與管理進行良性競爭的氛圍；盡管行業整體虧損、缺乏突破思路，依然是投資熱門，盲目投資不斷涌入；每年行業會議不少，但流于形式與浮于表面，缺乏行業之間的深度溝通與交流；考慮各自企業的私利太多，兼顧行業之大義缺乏；到目前為止，還沒有任何一家碳纖維企業，能代表，成為具有國際競爭優勢的領頭羊企業。“覆巢之下，安有完卵”，只有將行業推向一個良性發展之路，我們各家企業遵循行業發展規律，才有興旺發達的機會。
對碳纖維復材的應用采用激勵機制
碳纖維的需求市場結構與國際上有較大差異，主要表現在汽車、風電等工業領域。而新能源汽車、大直徑風電本身也是鼓勵發展的戰略新興產業。依靠材料創新是這些產業的重大創新舉措。這些產業的進步反之也會帶動材料產業的興旺。新材料從來都是在批量應用的牽引下，不斷完成質優價廉的過程，這個啟動需要政府的手來推動；采用激勵機制，需要注意兩點：一是材料的發展與應用的發展是否看到了交叉點。如果兩者的發展在10-20年后才交叉，這個激勵就可能變成扶貧；二是激勵機制要鼓勵技術進步，“扶上馬，送一程”被激勵者本身要會騎馬，并具備騎術提升的空間。對于激勵對象，一是激勵現有應用領域對國產碳纖維的使用，二是激勵對碳纖維在新的應用領域的開拓。
采用新技術新裝備的激勵機制
碳纖維復合材料是一個高科技產業，處處需創新，處處有風險。曾經有國外專家在感嘆：“碳纖維都已經淪落到這個局面了，為何還懼怕創新？創新后，你還可能比現狀失去更多嗎？”任何高度工業文明的經濟體與企業總是熱烈地“擁抱創新”，而“不創新等死，創新找死”的謬論卻在大行其道。十幾年的碳纖維產業發展史也證明：沒有技術創新，才是等死或找死！由于企業機制問題，尤其是國有企業領導，對創新的決策確實承擔了巨大的責任。我們需要建立層面激勵機制，去鼓勵我們的企業領導膽采用新技術、新裝備建設工業示范工程，形成技術驅動的競爭優勢。
啟動對跨界復合型人才的培養
在推廣碳纖維復合材料中，大家均面臨一個頭疼的問題，復合材料人員不懂應用專業，而應用人員不懂復合材料。讓一個頭腦中全是金屬數據與工藝的結構設計師，讓他去設計復合材料結構，這確實是勉為其難。不同于傳統材料，復合材料設計：不光設計結構，還在設計材料，也要設計工藝，更要設計成本。尤其對于新的應用領域，沒有成熟的材料形態與制造工藝可借鑒，就更需要一個產品設計師去思考上述的所有因素，本質上是“多要素的優化組合”，甚至是重大的系統性的發明與創造。這種既懂特定應用、又懂復合材料、還具備創新思維的人才，是復合材料開拓新應用的領導者。沒有這類人才，我國不可能做出影響的重大科技與產業成果。建議選拔國內有培養潛質的復合材料專業及應用單位的青年結構設計師，調動國內外優質教師資源，創新教學方式，嘗試培養跨界產品設計師。
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