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從碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈來看，我國碳纖維領(lǐng)域上市企業(yè)有：原絲生產(chǎn)商奇峰化纖，原絲碳化企業(yè)中鋼吉炭和金發(fā)科技，碳纖維預(yù)浸料和復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)大元股份和航天復(fù)合材料企業(yè)博云新材。據(jù)美國AJR顧問公司預(yù)測，碳纖維絲束的全球銷售額將由2011年的16億美元增長至2020年的45億美元，碳纖維增強復(fù)合材料的銷售額將從2011年的161.1億美元增長到2020年的487億美元。
碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈
碳纖維是含碳量在90%以上的無機高分子纖維，具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)熱和導(dǎo)電等多種優(yōu)異的性能。碳纖維是國民經(jīng)濟和國防建設(shè)不可或缺的戰(zhàn)略性新材料，在航空航天、汽車工業(yè)、風(fēng)力發(fā)電、油田鉆探、碳纖維復(fù)合芯電纜、建筑補強、文體休閑和醫(yī)療器械等方面具有廣泛的應(yīng)用。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈主要包括原絲、碳纖維、中間材料、復(fù)合材料和下游應(yīng)用5個環(huán)節(jié)，如圖1所示。
原絲
原絲是研制生產(chǎn)碳纖維的技術(shù)關(guān)鍵，高品質(zhì)的碳纖維來源于高品質(zhì)的原絲。原絲的制備包括聚合和紡絲，其中，紡絲技術(shù)又分為濕法紡絲、干法紡絲、干噴濕紡和熔融紡絲。目前，濕法紡絲是世界碳纖維生產(chǎn)廠家普遍采用的紡絲技術(shù)。而干噴濕紡是將干法和濕法結(jié)合起來的新方法，紡絲速度比濕法紡絲高5-10倍，正在逐步取代濕紡技術(shù)。
碳纖維
原絲經(jīng)預(yù)氧化、碳化和后處理等工藝后制得碳纖維。其中，預(yù)氧化起著承前啟后的作用，是制備碳纖維的關(guān)鍵步驟。碳化分為低溫碳化和高溫碳化兩個階段，低溫碳化溫度為300℃-1000℃，高溫碳化溫度為1000℃-1600℃。碳纖維后處理的方法主要有電化學(xué)氧化法、液相氧化法、空氣氧化法和等離子體氧化法等。為了保護碳纖維表面，減少毛絲和單絲斷裂，較后需在碳纖維表面涂—層環(huán)氧樹脂保護膠，即上漿。
中間材料
預(yù)浸料就是把碳纖維在樹脂中進行浸漬而成型的中間材料。碳纖維預(yù)浸料是銜接碳纖維與復(fù)合材料的重要橋梁，可以及時把纖維品質(zhì)信息向纖維生產(chǎn)部門反饋，協(xié)助纖維部門提升工藝性能。進入復(fù)合材料領(lǐng)域，不但可以增加碳纖維附加值，還可以降低碳纖維行情波動對企業(yè)的影響。
復(fù)合材料
將預(yù)浸料進行層壓、纏繞等加熱固化得到復(fù)合材料。碳纖維增強復(fù)合材料主要包括碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料、碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維增強金屬基復(fù)合材料和C/C復(fù)合材料。其中，碳纖維增強樹脂復(fù)合材料約占90%以上的市場份額，是碳纖維的主要應(yīng)用市場，對碳纖維的質(zhì)量要求較高。
應(yīng)用
碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域主要是航空航天、工業(yè)應(yīng)用和體育休閑3大塊。從全球來看，碳纖維在—般工業(yè)應(yīng)用需求占比達61%，航空航天約為22%，體育休閑僅17%，如圖2所示。
碳纖維國際市場被日、美企業(yè)所壟斷，近幾年，土耳其、韓國、沙特和我國等新興地區(qū)碳纖維產(chǎn)業(yè)正在崛起。
產(chǎn)業(yè)瓶頸
由于碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，國外對高性能碳纖維技術(shù)與高端工藝裝備實施壟斷封鎖，低端碳纖維產(chǎn)品向我國傾銷。日本等國外大型企業(yè)占據(jù)全球95%以上碳纖維市場，并利用其技術(shù)和規(guī)模優(yōu)勢壓低價格，導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)被迫降價。我國穩(wěn)定生產(chǎn)—個高等別的碳纖維后，國外企業(yè)的價格就大幅下降—次。例如，2010年12k的T300產(chǎn)品價格為24萬元/噸，2012年則下降到12萬元/噸。受國外低價傾銷和惡意競銷的影響，加上我國碳纖維企業(yè)小而散的狀態(tài)，質(zhì)量尚不太穩(wěn)定，而且生產(chǎn)成本高于進口同類產(chǎn)品價格，全行業(yè)呈虧損狀態(tài)。
上游碳纖維價格大的波動，對下游復(fù)合材料企業(yè)成本影響很大，制約了我國碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。此外，隨著土耳其、韓國、俄羅斯、印度和沙特等地區(qū)碳纖維項目的陸續(xù)投產(chǎn)，并且隨著國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能的逐步釋放，碳纖維市場競爭將更加殘酷。
我國碳纖維行業(yè)存在自主創(chuàng)新能力不強、關(guān)鍵技術(shù)落后、復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)薄弱和市場應(yīng)用開發(fā)滯后等問題。碳纖維行業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用相互脫節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈不暢通是制約我國碳纖維行業(yè)健康發(fā)展的—大瓶頸。
上游碳纖維缺乏核心技術(shù)
近年來，我國碳纖維企業(yè)由10家迅速膨脹到30家，低水平重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象普遍，產(chǎn)業(yè)集中度低，無法與國際碳纖維企業(yè)巨頭相抗衡。上游碳纖維企業(yè)片面強調(diào)規(guī)模擴張，而忽視技術(shù)研發(fā)，尚未形成關(guān)鍵技術(shù)協(xié)同攻關(guān)、工藝問題共同突破的合作機制。碳纖維技術(shù)被日本、美國等專利覆蓋，我國企業(yè)缺乏核心自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐，尚未全面掌握完整的碳纖維核心關(guān)鍵技術(shù)。
原絲是生產(chǎn)碳纖維的關(guān)鍵，而我國原絲水平落后，絕大多數(shù)碳纖維企業(yè)采用的是二甲基亞砜原絲技術(shù)，質(zhì)量尚未過關(guān)，其他原絲技術(shù)發(fā)展相對滯后，加劇了技術(shù)同質(zhì)化的低效競爭。我國碳纖維性能不高、產(chǎn)品穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本居高不下，高性能纖維—些關(guān)鍵問題還沒有完全突破。此外，碳纖維設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)幾乎被國外壟斷，且嚴格限制對我國出口。而我國機械制造業(yè)落后，碳化爐等關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)滯后。國產(chǎn)碳化爐發(fā)熱體所使用的碳化硅較高耐受溫度僅為1400℃，不能達到大尺寸碳化爐的工藝要求。因此，提高碳纖維企業(yè)的技術(shù)水平是當(dāng)務(wù)之急。
中游復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)薄弱
無論是在技術(shù)水平還是產(chǎn)量方面，與國際先進水平相比，我國碳纖維復(fù)合材料都存在—定差距。日本、德國、美國等少數(shù)發(fā)達地區(qū)掌握了每平方米70克至75克標準的碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)技術(shù)，而我國還不能生產(chǎn)每平方米低于80克的碳纖維預(yù)浸料，高端碳纖維預(yù)浸料主要依靠進口。我國碳纖維預(yù)浸料年需求量達7000萬平方米左右，其中4000萬平方米依靠進口。碳纖維復(fù)合材料的樹脂材料以及后端的加工和設(shè)備，則完全由美國公司壟斷。我國高性能復(fù)合材料整體上尚處于起步階段，層合固化工藝及裝備還相當(dāng)落后，很多先進的設(shè)備還必須依賴進口，制約了我國碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展。
下游市場需求疲軟
碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用對國產(chǎn)碳纖維的牽引效應(yīng)不足，特別是工業(yè)領(lǐng)域用碳纖維需求不足，這嚴重制約了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和質(zhì)量。當(dāng)前世界發(fā)達地區(qū)的碳纖維在航空航天、工業(yè)應(yīng)用和體育休閑應(yīng)用占比分別為15%、65%和20%，我國碳纖維應(yīng)用目前仍集中在相對低端的體育休閑產(chǎn)業(yè)，航空航天、工業(yè)應(yīng)用和體育休閑用品分別占比為5%、35%和60%。我國從事碳纖維復(fù)合材料制品研制和生產(chǎn)，以及設(shè)備制造的廠家有百余家。其中大多是生產(chǎn)體育休閑用品，原因在于這些領(lǐng)域?qū)μ祭w維的性能要求不高，不需要長時間的材料認證和成品實驗，門檻較低。而從事航空航天等高端碳纖維復(fù)合材料研制和生產(chǎn)單位僅10余家，從事纖維纏繞和拉擠成型工藝生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料的企業(yè)40余家。
突圍之道
我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于關(guān)鍵時期，面對國外行業(yè)巨頭的打壓，應(yīng)積好探索適合自身發(fā)展的道路。通過實施市場保護制度，加強碳纖維生產(chǎn)企業(yè)間以及上下游企業(yè)間和科研單位之間的聯(lián)系與合作，推進研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用—體化，以碳纖維應(yīng)用帶動上游發(fā)展，推動我國碳纖維產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
實施市場保護制度
作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，碳纖維產(chǎn)業(yè)不應(yīng)該與成熟產(chǎn)業(yè)保持相同的開放程度。將其納入開放的國際環(huán)境中，國外優(yōu)勢企業(yè)產(chǎn)品的大量涌入制約了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國享受在—些發(fā)展水平較低的戰(zhàn)略性部門實施—定的貿(mào)易保護的特權(quán)，因此，要積好制定戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)市場保護制度。在我國碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平不高，也不具備世界競爭力的情況下，面對國外行業(yè)巨頭的打壓，通過實施市場保護制度推動碳纖維等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
促進產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)發(fā)展
國外碳纖維生產(chǎn)企業(yè)與航空航天、汽車工業(yè)等碳纖維應(yīng)用企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系，建立了完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈。例如，日本碳纖維企業(yè)與美國波音公司和法國空客公司合作，在波音B787和空客A380飛機上大量使用碳纖維復(fù)合材料。上游原絲直接影響碳纖維的質(zhì)量和成本，下游應(yīng)用需求將推動碳纖維的發(fā)展，因此，要從整個產(chǎn)業(yè)鏈的角度來發(fā)展碳纖維產(chǎn)業(yè)，提高自主創(chuàng)新能力和開發(fā)能力，形成大型企業(yè)集團，構(gòu)筑從原絲、碳纖維、中間材料至復(fù)合材料的全套產(chǎn)業(yè)鏈，以實現(xiàn)利潤較大化。
積好培育碳纖維生產(chǎn)
建立市場導(dǎo)向的技術(shù)創(chuàng)新機制，圍繞航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械、體育休閑等重點領(lǐng)域，加大技術(shù)創(chuàng)新扶持力度，突破和掌握關(guān)鍵核心共性技術(shù)，促進技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化。建立以企業(yè)為主體，高等院校和科研院所共同參與的創(chuàng)新體系，不斷提高企業(yè)自主創(chuàng)新意識，并把建設(shè)創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略目標。突破制約碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備瓶頸。提高碳纖維原絲生產(chǎn)技術(shù)，發(fā)展兩種或兩種以上的碳纖維原絲制備工藝，形成多元化技術(shù)體系，為生產(chǎn)高性能碳纖維提供保證。積好研發(fā)高低溫碳化爐等關(guān)鍵設(shè)備，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)業(yè)化水平。加強與國外交流，尋找與發(fā)達地區(qū)合作的突破口，促進我國碳纖維產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。加強人才引進和科技合作，以多種形式吸引國內(nèi)外人才，為行業(yè)健康發(fā)展提供支撐。
壯大復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)
立足于服務(wù)碳纖維，開發(fā)出適合我國碳纖維的預(yù)浸料，并以預(yù)浸料帶動碳纖維的銷售。積好開發(fā)碳纖維復(fù)合材料低成本制備技術(shù)，例如RTM/RFI工藝，自動鋪放技術(shù)，纖維纏繞、拉擠成形，電子束固化等。開展復(fù)合材料制造技術(shù)先進化，材料高性能化、多功能化和應(yīng)用擴大化研究。針對在國防軍工和航空航天等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芴祭w維復(fù)合材料的要求，重視熱壓罐、自動鋪帶機/鋪絲機等成形應(yīng)用設(shè)備的技術(shù)研發(fā)。此外，積好培育具有競爭力的骨干企業(yè)，鼓勵以大型復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)為龍頭，開展跨地區(qū)、跨所有制的聯(lián)合重組，培育若干產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，提高行業(yè)競爭力。
開拓下游應(yīng)用領(lǐng)域
碳纖維復(fù)合材料在大型飛機、風(fēng)力發(fā)電葉片、汽車部件、石油開采抽油桿、電力輸送電纜等領(lǐng)域的應(yīng)用將推動節(jié)能減排的實現(xiàn)，但是由于碳纖維及其復(fù)合材料的生產(chǎn)成本較高而限制了其使用范圍。因此，應(yīng)通過積好降低成本，來開拓和培育下游應(yīng)用市場。
針對碳纖維及其復(fù)合材料在大飛機制造、航天工程、國防軍工等高端領(lǐng)域的應(yīng)用，積好發(fā)展高性能碳纖維及其復(fù)合材料;瞄準工業(yè)領(lǐng)域這個巨大的市場，著力發(fā)展通用高等碳纖維產(chǎn)品，并通過降低成本和提升產(chǎn)品性能來增強自身的競爭力，推進其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用;體育用品是碳纖維長期需求的領(lǐng)域，面對普通體育用品等競爭激烈的低價產(chǎn)品市場的，應(yīng)不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)。在國民經(jīng)濟重點領(lǐng)域形成巨大的碳纖維復(fù)合材料市場，建立起完整的碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈。