2019全球碳纖維復合材料市場(chǎng)報告(一)
2020-05-06
前言
1.1 世界碳纖維發(fā)展簡(jiǎn)史
總結世界碳纖維60年的發(fā)展歷史:既有近藤昭男、威廉姆·瓦特等依然閃耀的科學(xué)大師;也有在其中沉沙折戟的眾多著(zhù)名公司,如日本東海、日本碳素、旭化成;英國皇家原子能公司、考陶爾茲、羅爾斯-羅伊斯,BP公司;美國聯(lián)碳、阿莫科、塞蘭尼斯,德國巴斯夫(BASF);更有歷經(jīng)風(fēng)浪、依然傲立潮頭的如東麗、東邦、三菱等公司。
1.2.中國碳纖維發(fā)展簡(jiǎn)史
我們對中國碳纖維歷史做個(gè)簡(jiǎn)單介紹,對比世界碳纖維的60年發(fā)展,我們是57年歷史。
1960年代研究起步:最早是1962年中科院長(cháng)春應用化學(xué)所成立以李仍元先生為組長(cháng)的“聚丙烯腈基碳纖維的研制”課題組,開(kāi)展基礎研究,同期還有沈陽(yáng)金屬研究所張名大先生。
1970年代的特點(diǎn)是舉國體制。1970年代初,中科院化學(xué)所為了滿(mǎn)足國家國防需要,組建了高分子復合材料物理研究室(九室,主任:吳人潔),重點(diǎn)研究“碳纖維連續化制備”和“縮短碳纖維制備周期研究”并取得“四氯化錫”催化等成果;上海合成纖維研究所于1970年代初,開(kāi)展硫氰酸鈉法丙烯腈原絲研究;1972年,化工部吉林化工研究院開(kāi)展硝酸法研制碳纖維PAN原絲,并在年產(chǎn)3噸裝置上取得硝酸一步法制取原絲,供山西燃化所(今煤化所)和長(cháng)春應化所研究碳纖維。山西燃化所用間接預氧化和碳化做研究,并開(kāi)展連續預氧化和碳化試驗。1975年上海合纖所提供給冶金部上海碳素廠(chǎng)2噸原絲研制碳纖維。1975年,11月13~24日在北京,由當時(shí)的國防科委主任張愛(ài)萍親自主持召開(kāi)了一次專(zhuān)題會(huì )議,部署國內碳纖維研究工作,由國家計委安排500萬(wàn)元資金做啟動(dòng)費,制定了10年發(fā)展規劃,組織了原絲、碳化、結構材料、防熱材料、測試檢驗技術(shù)5個(gè)“攻關(guān)組” ,安排20多家研究和企業(yè)單位參加,如由吉林化學(xué)工業(yè)公司研究院、吉林遼源石油化工廠(chǎng)、蘭州化學(xué)工業(yè)公司化纖廠(chǎng)、上海合成纖維研究所采用不同溶劑路線(xiàn)研發(fā)聚丙烯腈(PAN)原絲;上海合成纖維研究所、吉林、上海、蘭州、撫順4家碳素廠(chǎng)、山西煤化所、中科院化學(xué)所等負責碳化技術(shù)研究;另外還安排了織物和材料應用研究。1978年,國家科委恢復,碳纖維轉由科委為主管理,從1975至1981年底,中央各部委共投入到承擔碳纖維原絲、碳纖維制品等的民用研制的資金約2,600多萬(wàn)元,共建設廠(chǎng)房、試驗室20,000多平方米。建成PAN原絲試制動(dòng)力約50噸/年,碳纖維長(cháng)絲的試制能力1.5~2.0噸/年。
1980年代的主格調是引進(jìn)。1984-1985年,國家科委鼓勵引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù),承諾將給予資金支持。1984年,冶金部支持上海碳素廠(chǎng)試圖引進(jìn)美國Hitco碳化設備,最終被美國國防部否決。1986,吉林化學(xué)工業(yè)公司經(jīng)過(guò)調研、詢(xún)價(jià),世界各知名碳纖維公司均囿于“巴黎統籌條約”
限制,不轉讓技術(shù)、不出售設備,只有英國RK公司同意出售大絲束預氧化爐和碳化爐,經(jīng)過(guò)談判、考察,最終以450萬(wàn)美元購買(mǎi)了生產(chǎn)能力為100噸(12K) /年碳化設備及相應測試儀器,按當時(shí)匯率折合2,731萬(wàn)元。1990年經(jīng)多次試車(chē),預氧化爐尚可,碳化爐始終開(kāi)不起來(lái)。聯(lián)合國開(kāi)發(fā)計劃署(UNDP)和聯(lián)合國工發(fā)組織(UNIDO)批準在北京設置 “碳纖維及其復合材料的開(kāi)發(fā)應用”項目,由北京化工學(xué)院和北京航空材料研究所共同承擔,總經(jīng)費共250萬(wàn)美元;北京化工學(xué)院經(jīng)調研,同樣除英國RK公司外,沒(méi)有廠(chǎng)家愿意出售,最后由北京化工學(xué)院提供工藝參數,委托英國RK公司加工制造一套10噸級(12K)預氧化、碳化中試線(xiàn),加工費56萬(wàn)美元。項目歷經(jīng)磨難,幾次因“可能有用于軍事”而險些遭到封殺,原定3年完成的項目拖了7年,1993年6月才勉強“驗收”,之后運行效率不高。
1990年代的特點(diǎn)是停滯。只有吉化公司、吉林碳素廠(chǎng)和北京化工學(xué)院還在 “慘淡經(jīng)營(yíng)” ,維持小批量供貨,其他研發(fā)單位基本退出了這一領(lǐng)域,吉林化工研究院硝酸一步法到1998年終止生產(chǎn)。
2000年代的特點(diǎn)是“大干快上”建設碳纖維熱潮。歐美的禁運,導致市場(chǎng)上T300-3K的價(jià)格漲到8000元/公斤且有價(jià)無(wú)市,嚴重影響軍機的生產(chǎn)。師昌緒先生給江澤民主席寫(xiě)了
“關(guān)于加速開(kāi)發(fā)高性能碳纖維的請示報告”?!敖k” 將報告批轉到國家計委和科技部等部門(mén),產(chǎn)生較大影響,對以后的經(jīng)費落實(shí)起到了決定性影響??萍疾繘Q定設立碳纖維專(zhuān)項,組成了專(zhuān)家小組,由中科院化學(xué)所副所長(cháng)徐堅任組長(cháng),北京化工大學(xué)徐樑華任副組長(cháng)。把碳纖維列入863計劃新材料領(lǐng)域,2002年,安徽華皖集團從英國引進(jìn)AMEC(DR.ROSE)的PAN和CF技術(shù)和設備,碳化能力200噸/年。之后我們所有的碳纖維研究機構,如吉林化學(xué)(后中石油吉化公司)、北京化工大學(xué)、中科院山西煤化所、山東大學(xué)、東華大學(xué)等一批科技機構,迅速成為工業(yè)技術(shù)的轉讓者,整個(gè)2000這十年,據不完全統計,上碳纖維項目的超過(guò)40家,投資規模超過(guò)300億元人民幣,全世界的設備制造廠(chǎng)迎來(lái)了中國盛宴。
2010年代的特點(diǎn)是反思“狂飆猛進(jìn)”和“優(yōu)勝劣汰”。2012年,筆者與申屠年先生合作發(fā)表了《對中國碳纖維及其復合材料產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現狀的反思》,同年的香山會(huì )議上做報告,得到行業(yè)及政府主管部門(mén)的廣泛認同與共鳴。從產(chǎn)業(yè)角度,燒錢(qián)開(kāi)始讓人心慌與絕望,出現了很多“爛尾樓”與“僵尸企業(yè)”。同時(shí),認真積累技術(shù)、踏實(shí)工作的企業(yè)迎來(lái)了春天:光威集團與中簡(jiǎn)成功上市,中復神鷹扭虧為盈,吉林化纖成為國內原絲龍頭,中石化上海石化大展宏圖。整個(gè)中國碳纖維企業(yè)從高峰時(shí)超過(guò)40家變成今天的十余家企業(yè),市場(chǎng)的優(yōu)勝劣汰的力量是巨大的。
上述的中國歷史素材,均摘抄于國內碳纖維復合材料專(zhuān)家如李克健、羅益峰、陳紹杰、徐堅等老師的文章,在此一并致謝!我們呼吁同行重視歷史的記錄,復雜技術(shù)系統的發(fā)展需要很長(cháng)的時(shí)間,技術(shù)需要傳承,文化與歷史也需要。人人均可成為歷史的記錄者,我們賽奧碳纖維愿意為全國同行提供協(xié)助與支持,發(fā)表、整理與保存這些歷史資料。
總結成功公司的特點(diǎn):用30年時(shí)間踏實(shí)完成實(shí)驗線(xiàn)-工程線(xiàn)-工業(yè)化的道路,注重產(chǎn)業(yè)鏈與應用生態(tài)的開(kāi)發(fā)。
1.3.國外與中國發(fā)展史的比較
對比世界與中國的60年,我們能得到什么呢?總體印象,如同碳纖維老前輩中科院化學(xué)所原副所長(cháng)吳人潔先生曾說(shuō)過(guò):我們就像一個(gè)剛醒來(lái)的人,打哈欠,伸懶腰,總也起不來(lái)床。這種“起不來(lái)床”的感覺(jué),至今猶存。70年代的舉國體制模式旨在解決軍品問(wèn)題時(shí),國際上主流是在做工程化;80年代的引進(jìn)模式時(shí),國際上在做工業(yè)化與商業(yè)化;90年代我們進(jìn)入最困難時(shí)期時(shí),國際在并購與資源重整;2000年代,我們狂飆猛進(jìn)時(shí),國際巨頭貌似平靜,實(shí)則準備碳飛機、碳汽車(chē)及碳葉片的巨大應用;2010年代,我們在反思、在優(yōu)勝劣汰,而國際在收獲大應用帶來(lái)的大收益與大發(fā)展。對照歷史之下,其實(shí)我并未太遺憾,畢竟我們60、70、80年代的工業(yè)技術(shù)、企業(yè)化的水平與世界同期差距甚大,90年代的主格調是“下海經(jīng)商”,肉吃得容易,誰(shuí)還會(huì )去啃“硬骨頭”?
如果要講遺憾,就是2000年代后,實(shí)驗室技術(shù)簡(jiǎn)單放大,直接躍進(jìn)工業(yè)化,缺少的工程化技術(shù)開(kāi)發(fā),在企業(yè)的工業(yè)裝置上燒錢(qián)來(lái)做;技術(shù)無(wú)特色,落后技術(shù)重復建設。這其中,提供技術(shù)方盲目自信,對工程與工業(yè)缺乏基本的敬畏,企業(yè)家利用小農經(jīng)濟(或簡(jiǎn)單制造型經(jīng)濟)獲得的成功經(jīng)驗用于碳纖維,對復雜產(chǎn)品技術(shù)缺乏思想與戰略;社會(huì )對高科技招牌行騙缺乏辨別能力,尤其地方政府主導的項目多次被騙,浪費了大量的社會(huì )資源。這充分反映了整個(gè)社會(huì )“好大喜功,急功近利”的心態(tài)。當然,我們也可以說(shuō),這是中國經(jīng)濟進(jìn)入工業(yè)文明階段必然要交的學(xué)費。
從社會(huì )的層面,國際上,二戰之后,大家均在大力發(fā)展科技強國,產(chǎn)業(yè)的社會(huì )環(huán)境相對穩定,英美日本之間的國際合作非常頻繁,70年代,美國人創(chuàng )造的碳纖維高爾夫球桿,網(wǎng)球拍,啟發(fā)了日本成為當時(shí)的碳纖維體育器材的強國,有效地支撐了產(chǎn)業(yè)的嬰兒成長(cháng)期;80年代,美國波音公司掀起了航空碳纖維的應用,又幫助碳纖維產(chǎn)業(yè)順利完成了兒童期;同期,日本所有碳纖維企業(yè)均與美國公司相互轉讓碳纖維生產(chǎn)技術(shù),幫助了美國碳纖維的成長(cháng)。這說(shuō)明,一個(gè)先進(jìn)的材料的誕生與成長(cháng),需要全球高端應用的哺育的產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)。
而我們的60-70年代,政治運動(dòng)頻繁,最初開(kāi)始研究碳纖維的李仍元老師據說(shuō)也受到文革的影響,分別轉戰吉林遼源石油化工廠(chǎng)、中國紡織大學(xué),安徽大學(xué)(80年代)堅持碳纖維研究;張愛(ài)萍將軍主持的7511會(huì )議及之后的全國碳纖維大會(huì )戰,算是一個(gè)亮點(diǎn)與高峰。改革開(kāi)放的80、90年代,技術(shù)引進(jìn)是政策主格調,但受制于“巴黎統籌條約”限制,只能引進(jìn)世界三流技術(shù);而同期,以經(jīng)濟建設為主,軍工企業(yè)一片蕭條,沒(méi)有60-70年代重視軍工的政策環(huán)境,嚴重缺乏應用動(dòng)力。90年代末到2000年代,以臺資為代表的碳纖維體育器材進(jìn)入大陸地區,大陸的體育器材中玻璃纖維向碳纖維轉移,這形成了新的發(fā)展動(dòng)力。2005年后,軍工企業(yè)逐步得到重視,對碳纖維的需求開(kāi)始觸發(fā)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。平穩的政治經(jīng)濟的發(fā)展,對特定產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。從60年代到今天,我們的碳纖維產(chǎn)業(yè)的主體是在國內打轉,還沒(méi)有融入國際高端產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)圈。近幾年,光威及澳盛的碳梁產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入國際產(chǎn)業(yè)鏈,這是個(gè)非常欣慰的進(jìn)步!
全球化的今天,嚴格意義的“自主創(chuàng )新”是不客觀(guān)與不現實(shí)的,更多地是在人類(lèi)成果基礎上的集成創(chuàng )新或再創(chuàng )新。我們需要解決“短板”與“卡脖子”難題,練好技術(shù)內功,目的不是自給自足、自我封閉、與世界為敵。用更強的能力融入世界高端產(chǎn)業(yè)鏈及生態(tài),是碳纖維企業(yè)發(fā)展壯大的必然之路。
1.4.全球碳纖維歷史里程碑
下一頁(yè),我們對碳纖維發(fā)展中的發(fā)現及技術(shù)發(fā)明、重大應用突破以及產(chǎn)業(yè)政策選為里程碑事件。旨在讓大眾對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建立清晰的歷史觀(guān)。偉大有多個(gè)標準,其中之一是為世界工業(yè)文明做出里程碑意義的重大貢獻,我想這應是當代中國碳纖維同仁的奮斗目標之一。
2.全球碳纖維市場(chǎng)
2.1. 全球碳纖維市場(chǎng)需求-年份
2019年的全球碳纖維需求數據,是根據國際上公認的增長(cháng)率12%這個(gè)數據計算而來(lái)的,總需求量為103,700噸,這其中,中國的需求數據37,840噸是精準的,占了36.4%。假如國際需求量數字太小,中國的占比就會(huì )更大,這顯然有悖于常識。畢竟我們很清楚,歐美日本是碳纖維需求的大國。
2019年的全球市場(chǎng),除了如航空航天、體育器材、汽車(chē)、建筑補強、模塑混配等經(jīng)典分市場(chǎng)的穩步發(fā)展之外,風(fēng)電、壓力容器市場(chǎng)增長(cháng)迅速,這是驅動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的重要引擎。另外,各大碳纖維公司均看好單通道飛機平臺大量采用碳纖維的前景。這些均為市場(chǎng)注入了強大的活力。
2019年,全球碳纖維經(jīng)歷了60年的努力,把碳纖維的需求第一次做到10萬(wàn)噸以上。這是碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)鏈的復雜性決定的。當絕大部分核心技術(shù)被人類(lèi)掌握之后,下一個(gè)10萬(wàn)噸的增長(cháng),時(shí)間會(huì )急劇縮短,我們預測2025年就會(huì )進(jìn)入20萬(wàn)噸,2030年會(huì )進(jìn)入40-50萬(wàn)噸。
2.2. 全球碳纖維市場(chǎng)需求-應用(千噸)
總量:103,700噸
總體來(lái)講,絕大部分分市場(chǎng),均是基于2018年基礎,增長(cháng)率為12%左右的增長(cháng):
航空航天(包含軍工):2019的數據比去年增加12%,主要是波音787及空客350的產(chǎn)能的增加。
風(fēng)電葉片:風(fēng)電市場(chǎng)的碳纖維需求強勁,對比2018年增長(cháng)了16%,主要依賴(lài)于風(fēng)電巨頭VESTAS強勢驅動(dòng),其他風(fēng)電廠(chǎng)家對需求的牽引還不明顯。
體育休閑:每年按照4-5%的中速穩定增長(cháng)。
2.3. 全球碳纖維市場(chǎng)需求-應用(美元)
總量:2,870百萬(wàn)美元
全球碳纖維的銷(xiāo)售金額為28.7億美元,比2018年25.71億美元增長(cháng)了11.6%,銷(xiāo)售金額的增長(cháng)并未與銷(xiāo)售額的增長(cháng)完全對應。主要原因是風(fēng)電市場(chǎng)的對碳纖維數量雖然大,但由于單價(jià)較低,對總體金額貢獻不顯著(zhù)。
2.4. 全球碳纖維市場(chǎng)需求-產(chǎn)品(千噸)
總量:103,700噸
模量的定義:
標準模量是指拉伸模量為230-265GPa
中等模量是指拉伸模量為270-315GPa
高模量是指拉伸模量超過(guò)315GPa
小絲束Small Tow(或常規絲束Regular Tow)1-24K(含)
大絲束Heavy Tow:大于等于48K
巨絲束Giant Tow:大于100K
巨絲束并非新產(chǎn)品,這是目前腈綸的標準狀態(tài),另外,也是國際主流預氧絲的主要原料,更是諸多功能性碳纖維材料的首選,比如碳紙、碳氈、碳碳復合材料的預制體等。
巨絲束能否加入大絲束市場(chǎng)的競爭?這是完全可能的,從原絲角度,它可以借助腈綸行業(yè)近百年積累的工業(yè)基礎與成本優(yōu)勢,原絲與腈綸生產(chǎn)實(shí)現良好的互動(dòng)與互補。從碳化角度:必須從技術(shù)上解決巨絲束在碳化線(xiàn)的邊際效益問(wèn)題,比如超長(cháng)的預氧化時(shí)間、低溫爐排廢等問(wèn)題,這不是一個(gè)“靈機一動(dòng)”的概念,是一個(gè)復雜的技術(shù)體系。
有人擔心巨絲束后續成型工藝,這是思維局限在經(jīng)典的小絲束成型工藝之中了。只要有高性?xún)r(jià)比的巨絲束碳纖維批量供應,產(chǎn)業(yè)鏈及應用就會(huì )很快開(kāi)發(fā)出多種多樣的成型工藝。
來(lái)源:ATA-ACIH
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