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    必看丨2021全球碳纖維復合材料市場報告出爐

    文章出處:人氣:-發表時間:2022-04-27 14:38【


    1

    前言

    2021的中國碳纖維產業,可以用“燦爛”一詞來表述:市場需求旺盛,持續超高速增長,碳纖維企業銷售人員儼然成為“最佳職業”,大筆一揮,下游企業感激涕零,與幾年前背著小包到處求訂單的情形對比,簡直是“改天換地,天上人間”;各家碳纖維企業生意紅火、利潤節節攀升,企業要么已經獲批上市、要么走在上市的路上;資本市場中也出現眾多“關心”行業發展人士,“搖旗吶喊、把脈問診”的文章充斥各類媒體或坊間;多家碳纖維企業積極擴產、大干快上;數家產業鏈企業,正在或即將奮不顧身投入其中;還有幾家八竿子打不著的單位宣布巨資進入….好一派“春暖花開、陽光燦爛的日子”!

    中國碳纖維學術及工業發展史,無論是1960年代由李仍元、張名大教授開啟的60年學術技術研究歷史,還是從2000年左右開啟的20年的工業化進程,對于行內人士,最為熟悉的感覺,莫過于“寂寞”二字,如同中復神鷹去年微信朋友圈的“央視十七秒,奮斗十七年”的感慨,我們就是習慣于黑暗中苦苦攻堅的“寂寞”人群!只是最近三年多光景,以風電為代表的市場需求突飛猛進,而相應的有效供給又相對不足,加上日本的禁售,導致較為嚴重的供需失衡,碳纖維價格大幅上漲且一絲難求。行業進入了“燦爛”狀態,這種幸福的眩暈感覺,讓我們部分從業者亢奮,也讓行業外一些企業激動,紛紛大手筆擴產或投資。

    行內人士可能還記得,筆者與申屠年先生在2012年發表過《對中國碳纖維及其復合材料產業鏈現狀的反思》一文,抨擊當時產業“超過40家投入碳纖維、簡單技術重復建設、狂飆猛進”的混亂局面。之后的十年,通過市場的“優勝劣汰”與行業的自省,行業解決了“從無到有”的問題,大步跨入“從有到優、穩質增效” 有序向善的良性發展軌道;我們也從一個“行業批評者”轉為了“行業鼓勁者”。

    2021年的行業數據整理與分析中,我們沒有了前兩年的信心,憂患再次進入我們的大腦而揮之不去?!栋倌旯陋殹窌械囊痪湓?ldquo;生命中曾經有過的所有燦爛,終究都需要用寂寞來償還”總是進入我的腦海,從感情上,我并不希望我們的行業再次進入痛苦的“寂寞期”, 甚至希望我的一些預判成為笑話。我們都希望行業有序發展,生態圈健康成長。我們不是行業的旁觀者,更不是算命人,而是行業的建設者。我們有責任對現實做理性思考,并分享給大家。

    所有的憂慮中感覺最沉重的是:2021及2022年全國的產能擴建速度過快,遠超需求的增長;擴建的產品,并不具備國際競爭優勢,不是有效供給產品;市場已經出現利用資源限制下游發展的苗頭;不少新建與擴建項目,從構建國際競爭優勢看,技術進步幅度并不大,這些產能在國際上釋放空間有限,很可能會形成殘酷的價格戰……如果行業不重視這些問題,依然我行我素,我們這三年多的“燦爛”很可能會從今年開始,用數年的“寂寞”去償還,而這個寂寞期中與之前的對比,還會摻雜著血腥的同行及產業鏈之間的廝殺!

    特別鳴謝

    感謝碳纖維全行業的參與企業的高度關注與支持,大家對我們的數據與結論均作出了非凡的貢獻;感謝中國化纖協會各位領導的支持;感謝中國復合材料集團前董事長張定金先生、中石化上海石化副總經理黃翔宇先生、中國化纖陳宇航先生等一批業界同仁無私分享行業信息與思想。

    2

    全球碳纖維市場

    2.1. 全球碳纖維市場需求-年份


    對比2020年的106,900噸,2021年的全球需求數據為118,000噸,同比增長10.4%,這個數據的獲得,我們有三個參考,一是多年來,國際需求的規律,大致是在10%的正常增長;第二個參考是了解各應用行業的發展情況,比如商用航空的低迷,波音與空客在2021年的交付量(尤其是復合材料飛機)依然未回暖,體育企業生意火爆。

    除了這兩個多年使用的參考,今年,我們新增了一種方法,就是根據中國應用市場來判斷。首先,我們對中國市場需求的數據是精準的(不僅僅是可信),其次,中國市場已經在全球占據舉足輕重的地位(占據全球52.9%的份額)。再者,我們對中國應用市場在全球的地位,也有較清晰的認識,通過這個辦法,我們估算出各個應用的數量,然后匯總成為全球年度需求量。比如,體育、光伏用碳碳復材,是中國的獨特優勢,通過看中國,基本能看到全球80-95%的市場情況,又比如,壓力容器依然還是歐美廠家為主體,盡管中國這些年壓力容器發展喜人,在國際份額也只是最多三成的比例。

    總體上,2021年度,風電、體育器材、碳碳復材及壓力容器是市場需求保持增長的主力。

    2.2. 全球碳纖維市場需求-應用(千噸)

    總量:118000噸


    龍頭依然是風電市場,然而,對比2020年僅僅增長了7.8%,增長率從前些年超過20%的增長大幅度回落。這個原因將在后面風電分市場詳細闡述。

    體育市場對比2020年有強勁的增長,增幅高達20%,回到了全球第二大市場地位。疫情之下,人們的旅行與旅游懸崖式下降,這些時間與金錢很多支付給了體育運動。

    壓力容器,主要得益于氫氣瓶(盡管很多是試用或小批量需求),依然保持了25%的高速增長。

    碳碳復材(包括保溫氈)主要受中國的光伏行業驅動,依然保持70%超高速增長。

    航空航天與去年持平,其他應用市場按照既有的規律在平穩增長。

    2021年,汽車行業對比2020年有較大幅度的下滑:對比2020年有高達24%的降低:其主要依據是:全球唯一兩款大面積采用碳纖維的寶馬I8與I3,分別在2020年底與2021年中停產。我們預測這個影響量為3500-4000噸;而其他的碳纖維在汽車中應用,保持著平穩增長。

    2.3. 全球碳纖維市場需求-應用(美元)

    總量:3,400.9百萬美元


    全球碳纖維的銷售金額為34億美元,主要原因是我們根據市場情況,將碳纖維的價格總體調高了20%。

    2.4. 全球碳纖維市場需求-產品(千噸)

    總量:118000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(東麗的定義是大于40K)

    巨絲束Giant Tow:大于100K

    2021年大絲束產品份額與小絲束相當,均為大約43%。2021年民用航空市場依然疲軟,而風電市場依然增長(這其中包含了部分24K合股絲和部分25K)??傮w上,對于碳纖維工業應用,成本是永恒追求,從目前人類的技術水平,大絲束(巨絲束) 是主要的降低成本的思路,所以,它不僅會通過低成本擴大工業方面的應用,也會不斷吞噬成本較敏感的小絲束傳統市場。

    3

    全球碳纖維供應

    3.1.全球碳纖維理論產能-制造商


    2021年,盡管我們依然采用了“運行產能”的概念,其中也擠出了不少水分,但依然存在“產能核算”的問題。這些問題主要存在于兼顧生產1K-6K的單位中,他們會把產線按照12K來核算。

    通過對大部分廠家的了解,“產銷率”在2021年的中國是不成問題的。絕大部分廠家的產線,是按照設計產能(含改造)90%以上生產。

    2021年,全世界主要增加的產能是:吉林化纖集團增長近16,000噸(含收購江城的產能);常州新創碳谷新入行,新建產能6,000噸;卓爾泰克在墨西哥增加的3,000噸;中復神鷹增加的8,000噸(老廠有產能調整),寶旌增加2,000噸; 東邦增加了1,900噸。

    全球十強廠家中,包含了吉林化纖集團,中復神鷹與寶旌三家中國大陸企業。

    2022年已經宣布并在進行中的擴產有:吉林27,000噸(2022年完成),寶旌 21,000噸 (2023年完成) ,中復神鷹14,000噸(2023年完成),上海石化12,000噸(2023年完成),新創碳谷12,000噸(2022年完成),光威包頭4,000噸(2022年完成), ZOLTEK 6,000多噸(2023年完成),DOWAKSA 1,800噸(2022年完成), 韓國曉星2,500噸(2022年完成)。

    3.2.全球碳纖維運行產能-區域

    總量:207600噸


    2019年,我們分析了不同國家對碳纖維制造的吸引力,主要取決于該國的綜合投資環境及產業生態鏈的吸引力。2020年,我們分析了各大碳纖維巨頭主要國家及地區的布局情況。

    2021年,中國大陸地區首次超過美國,成為全球最大產能國。盡管我國運行產能數據還是有水分的,但根據去年中國實際銷售量29,250噸,以及幾家企業在2021年底才形成的近20,000噸產能,中國產能排名世界第一是不爭的客觀事實。而且,從各家碳纖維企業公布的擴產情況看,中國將在產能上較長期成為第一。

    同時,我們也必須清晰地認識到:我們已經建設的產能,與世界發達國家還存在相當大的差距。最直觀的數據是:2021年,我們還有超過國產數量的進口量33,129噸,同時,國產碳纖維出口寥寥無幾。這就說明:無論在性能、質量水平及成本水平上,進口碳纖維依然有強大的優勢。所以,下一步,中國碳纖維產業面臨的艱巨任務是:形成國際競爭優勢的運行產能!

    4

    中國碳纖維市場

    4.1. 中國碳纖維需求-年份


    2021年中國碳纖維的總需求為62,379噸,對比2020年的48,851噸,同比增長了27.7%,其中,進口量為33,129噸(占總需求的53.1%,比2020增長了9.2%),國產纖維供應量為29,250噸(占總需求的46.9%,比2020年增長了58.1%)。2021年的中國市場的總體情況是:供不應求,無論是進口還是國產纖維。

    中國市場需求歷年增長率:2015(13.4%),2016(16.5%),2017(20%),2018(32%),2019 (22%), 2020 (29%), 2021(27.7%)。如果供給能充分保障,2021年是可以突破30%的增長率的。

    國產銷售歷年增長率:2015(25%),2016(44%),2017(105.5%),2018(21.6%),2019 (33.3%), 2020 (54.2%),2021(58.1%)。之前我們預計2025年國產能超過進口,現在可以確認2022年就會提前完成。

    4.2. 中國碳纖維需求-應用

    總量:62,379噸


    上圖主要是“應用能力”的對比,風電扣除了大量的來料加工,只是統計國內風電廠家的用量;碳碳復材(包含耐火保溫氈)已經迅速躍升為我國第三大應用市場;風電葉片、航空航天、壓力容器、混配模成型等應用市場,我國還有廣闊的開拓與發展空間。

    4.3. 中國碳纖維需求-省份

    總量:62,379噸


    江蘇、廣東及山東依然是我國碳纖維萬噸應用大省。

    總金額:1,588,133千美元


    從消費金額來看,廣東在2021年趕超山東,全國四家億美元應用大省的地位,難以撼動。

    4.4. 中國碳纖維需求-來源

    總量:62,379噸


    國產碳纖維2021保持著進步,市場份額從2019年的31.7%,2020年的38%,繼續攀升到46.9%,這充分表現了國產碳纖維的巨大進步。

    2021年,日本、中國臺灣、美國、墨西哥等對華出口均有不同程度降低,韓國有成倍增長、德國有巨大增長、匈牙利保持平穩小增長。我們認為:這主要是全球碳纖維緊缺而導致的對華供應減少。韓國的較大增長也有曉星公司的重大貢獻;而德國的巨大增長,應該是西格里調整產品應用市場的結果。

    從進口國別來看:日本及韓國主要是小絲束產品,美國、墨西哥、匈牙利、德國主要是大絲束產品,而中國臺灣則是大小絲束兼顧。

    總金額:1,588,133千美元


    2021年,由于整個碳纖維市場的緊缺,價格行情在2020年基礎上持續走高。進口碳纖維及其制品,數量同比僅僅增加了9.15%,而金額同比增加了26.02%,國產碳纖維“毫不示弱”,價格增加幅度不輸進口產品,

    大絲束市場,也同樣面臨緊缺。價格稍微提升,在13.5-14.5美元/公斤的水平上。這個價位是大批量的采購價格,對于小批量的用戶,這些廠家經常報出17-18美元/公斤價格。

    5

    中國碳纖維產業

    5.1. 中國碳纖維企業理論產能


    2021年,我們依然不能采用“實際產能”,主要原因是一些小絲束企業的生產線,尤其是服務于航空航天應用市場的企業,他們的生產線會在3K、6K與12K切換生產。所以,廠家通常根據12K報產能,而實際生產中,3K、6K可能是最大品種。假如按實際3-6K核算產能,我們預計整個中國的運行產能數據要扣除8,000-10,000噸。

    2021的產能數據巨大,但市場依然緊張,這其中的主要原因:吉林化纖、中復神鷹、新創碳谷的產能建設完成是在下半年或年底,正常生產時間不足。這些產能在2022年就可以充分釋放了。

    上述絕大部分企業的原絲統計,只是用碳絲產能乘以2.5的估算數據,這個主要是說明:這些廠家具備全部或部分原絲供應能力,并非該企業的真實原絲產能。由于是自產自銷,目前還無準確統計的意義。所有廠家中,吉林化纖的60,000噸產能是準確數據,除了自供,還向海內外市場銷售原絲。

    關于達產率,這曾經是中國碳纖維行業的痛,通過這幾年的技術發展,絕大多數企業已經解決了這個問題,達產率已經趨近國際水平。當然,一條滿負荷生產的產品性能與質量的穩定性,還有較大的提升空間。

    5.2. 中國碳纖維產業新發展

    2021年,如同前言說定義,中國碳纖維產業發展可以用“燦爛”一詞來表達。所以,帶來一系列的企業擴產:

    • 吉林化纖集團:在十四五期間完成:20萬噸原絲,6萬噸碳纖維及1萬噸復合材料的宏偉計劃規劃了龐大的擴產計劃:組建了國興碳纖維及凱美克,在2021年完成了1.6萬噸碳纖維的擴產,2022年預計2.7萬噸新增碳纖維產能;
    • 中復神鷹在快馬加鞭實施其西寧20,000噸的擴產計劃;
    • 寶武旗下的寶旌碳纖維在2021年擴建了一條2,500噸碳化線,在2022年初宣布并開工了寶萬原絲建設計劃。旗下另一服務于航空航天的太鋼鋼科,在2021年內完成了1,800噸碳纖維產能建設。
    • 2021年,新創碳谷建設1.8萬噸大絲束項目,完成了其中的6,000噸產能建設,2022年正在加緊安裝調試另外1.2萬噸的產能,預計今年內投入生產。
    • 上海石化的1.2萬噸大絲束項目正在抓緊建設,預計在今年實現6,000產能輸出;
    • 2021年,中簡科技也宣布了定增擴產的18.67億元的1,500噸碳纖維及制品計劃。

    除了碳纖維行業的廠家,行業外也有一些新進入者,有些是“只打雷不下雨”,其中,如下企業是在建設的過程中:

    • 2021年3月,新疆隆炬新材料有限公司計劃投資60億元,建設年產5萬噸碳纖維碳化項目,形成生產經營原絲、碳纖維及復合材料制品的新材料基地。
    • 2021年3月,國泰大成新材料科技產業園宣布總體規劃為年產25,000噸原絲、10,000噸碳纖維、碳纖維織物及復合材料的研發和生產園。

    除了上述新進入并有所行動的投資,還有起碼十家以上的企業,興致勃勃要進入行業,這其中主要是飽受這兩年碳纖維供應緊張之苦的下游用戶或潛在用戶,也有占據一定產業鏈資源的企業,當然還有八竿子打不著,只管激情燃燒的發燒友!

    去年的報告中,我們已經在呼吁“可靠技術來源、冷靜投資、有序發展”,今年,我們要大聲疾呼:如果我們繼續如此“轟轟烈烈”干下去,行業很快(或本年內)會進入價格血拼,非航空航天應用企業可能再次陷入全行業虧損的可怕境地!我們先來看看供需失衡的數據:(注:A-樂觀增長率,B-悲觀增長率,A+B-適中增長率。)


    中國市場(62,379噸)已經是全球(118,000噸)最大市場,占比高達52.9%;中國產能已經是全球最大國,占比30%;數據上看還有擴產機會,只要是有效供給,我們這兩年的擴產哪些是“無效供給”,哪些是“有效供給”?


    2021中國加工貿易約19,000噸,加上指定采用進口纖維的,我們保守估計22,000噸,所以,當前國內可接受國產纖維的市場,大約是40,379噸。2022年,由于風電需求的放緩或下降(國內外),即使我們用最樂觀的20%增長來預測,需求也只是48,455噸。2021年我們的產能是63,400噸,去除折算產能10,000噸,還有53,400噸扎實產能,如果加上今年確定要增加的產能4.5-5萬噸的三分之一,我們的真實產能在2022年起碼有近70,000噸,對應不到50,000噸的市場。嚴重供過于求!而總體上,我國現有碳纖維,基本還不具備國際競爭優勢,加工貿易的替代不了,還很難批量出海,國際巨頭至多會損失一點利潤,而我們就會陷入慘烈的“窩里斗”!

    中國當前領先的碳纖維企業:是中石化(上海石化)、中國建材(中復神鷹)、中國寶武(寶旌碳纖維及太鋼鋼科)、中化集團(藍星)、陜煤(國企,恒神)、吉林化纖(國企),民企只有光威復材、中簡科技及新創碳谷。其中央企國企的運行產能占比高達80%,民企的占比僅僅為20%,如果按照實際產能及2020年的擴展看,央企國企占比會高達90%以上。如此的陣容,如開打價格戰,誰的塊頭大?拳頭強?“誰的眼淚會飛”?摩拳擦掌、正準備沖入拳擊臺的各位投資者,您能干倒哪位選手呢?是否需要靜靜?

    中國在發展現代工業文明的過程中,無數行業(包括高科技),總會陷入幾次“價格血拼”與“全行業無贏家”、甚至“全產業鏈無贏家”的無序境地。對于性能與質量依然有巨大進步空間的碳纖維,我們居然擺脫不了如此的“厄運”,讓行業人士格外扼腕嘆息。國家加強監管,提升準入門檻?國資體系通過行政協調?成立行業組織,自我管理與控制?企業自我提升、加強自律?似乎找不到阻止價格戰發生的有效手段。

    6

    全球碳纖維復合材料市場

    6.1. 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-年份


    樹脂基碳纖維復合材料的需求量,根據纖維在復材中65%的比例計算的,建立一個規模概念。

    6.2. 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-應用(千噸)

    總量:181.5千噸


    6.3. 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-應用(10億美元)

    總金額:200.5億美元


    2021年,全球的碳纖維復材收入為200.5億美元,盡管依然有商用航空市場低迷的影響,但是,其他如軍機、無人機市場急劇增長;除了汽車行業受BMW 2021年中停產I3的影響外,其他應用分市場均有增長。

    中國主導的體育休閑器材,因為疫情的原因,大家有更多時間投入在體育休閑中,這帶動了器材較高速的增長。

    另一個中國主導的碳碳復材,尤其是熱場材料,由于光伏行業的迅猛發展,極大地帶動了該領域的蓬勃發展,該領域同時也是一個技術密集及高附加值的應用市場。但光伏行業的供過于求的矛盾越來越明顯,會對行業健康持續發展埋下隱患。

    我們一直在等待軌道交通行業正式進入我們的分市場,毫無疑問,該市場有非常光明的前景,目前的主要工作依然處于研發及小批量應用,后面的章節將詳細介紹。

    6.4. 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-區域(10億美元)

    總金額:200.5億美元


    2021年,中國市場繼續趕超其他國際與區域,成為全球最大復合材料市場;當然,這個趕超依然有點虛,當2025年,美國商用航空市場全面恢復之后,才能真實評價市場的規模。

    從上述全球產業分布、以及行業的發展歷史看,碳纖維復合材料產業鏈依然是歐美日本非??粗氐漠a業,當我們一些地區,因為看到一些復合材料企業勞動密集,或者有少許污染,就認為是低端產業。其實,只要這些人去看看國際頂級豪車、小型飛機的復合材料車間,也基本是這個模樣,而這些總不能定義為低端產業吧?所以,地方政府要珍惜這些復合材料企業,支持他們做技改、環境改造及產品升級,這些企業有潛力成為讓當地經濟受益、政府臉上有光的高科技企業。

    中國工業門類齊全,顯然是發展碳纖維的良好基礎,同時,碳纖維的采用又往往是工業升級換代的重大舉措。碳纖維在中國的市場潛力是巨大,這個毋庸置疑。今天的碳纖維復合材料依然處于幼兒期,多包容、多支持,隨著碳纖維產業的茁壯成長,勢必會帶動越來越多的工業領域采用碳纖維,成為工業經濟的重要組成。

    6.5. 全球樹脂基碳纖維復合材料需求-制造工藝

    總量:181.5千噸


    2021年,纏繞拉擠工藝再次超越預浸鋪放工藝,保持業界第一大工藝的地位。隨著風電與氣瓶應用的增長,這個第一的地位,短期內無法撼動。

    預浸鋪放工藝,作為實用性最廣、應用經驗最成熟的材料形態及成型工藝,幾乎所有的應用均會在第一時間想到它,然后在應用過程中再摸索特點,發現更高效簡化工藝,比如風電梁帽的開發歷史,從預浸鋪放過渡到厚重織物,再到拉擠板材;比如汽車復材工藝,從預浸鋪放過渡到高壓RTM等。

    預制體工藝,近幾年成為主要工藝,主要是因為光伏爐所需的熱場碳碳復材的迅猛發展而推動的,無論是非連續立體氈,還是三維機織、編織等預制體工藝,目前在碳碳復材中發展迅速。其中的一些進步也會讓樹脂基復合材料受益。

    6.6. 全球碳纖維復合材料需求-不同基體(10億美元)

    總額:248.1億美元


    我們發布這個圖表,旨在提示大家不要忽略樹脂基及碳基之外的其他基體復合材料,這些材料也是碳纖維復合材料大家族中的一員。

    除了金屬、陶瓷、水泥等大量的基體材料,氣凝膠也作為新的基體,與各種纖維氈結合,變成新型的復合材料。在碳纖維領域,預氧氈與二氧化硅氣凝膠的結合,正在創造廣闊的應用市場空間;碳纖維氈、石墨氈與碳氣凝膠的結合,也將改變很多應用。

    碳纖維自身也可以是“基體”,將自己的結構與功能“復合”,與碳納米管、多孔納米碳結合成“復合材料”,這些“復合材料”很可能會為新能源產業提供革命性的創新。

    2021年,整個樹脂基材料中,熱塑復合材料占了大約25%的比例,金額約為50億美元。其中,絕大部分為非連續增強塑料,連續碳纖維熱塑材料,我們估計市場份額為2億美元左右。

    6.7. 中國樹脂基碳纖維復合材料需求-應用(噸)

    總量:95968噸


    2021年,中國碳纖維復合材料的總量為96,000噸。給行業一個大致的概念。

    2021年,體育復材的領導地位再次被風電大幅度超越,這個格局會繼續延續下去的。風電與體育兩大應用主導市場的格局會持續多年。

    碳碳復材及壓力容器是正在冉冉升起的“明星”,發展勢頭兇猛。

    6.8. 中國樹脂基碳纖維復合材料需求-應用(億元)

    總金額:699.18億元


    2021年,全國的碳纖維復合材料的產值為699.18億元;這些數據,只是根據我們賽奧的數據模型來計算的,只是給社會一個行業規模的概念。

    航空航天復材的產值,我們是按結構件來估算的,2020年大約有183億元,首次超越了體育器材,成為最大金額的分市場。2021年,由于體育器材的較高速增長,又反超航空航天,成為第一的分市場。

    風電市場,我們是根據拉擠板和織物來估算的,大約有58億元的收入。

    2021年,碳碳復材收入約74億,迅速成為第三大應用市場。

    7

    復合材料應用發展趨勢與展望

    7.1. 航空航天應用市場

    市場的發展趨勢如下圖:2021年對碳纖維的需求量為16,450噸。


    根據Cirium數據庫數據顯示,2021年全球商用飛機交付量達到1034架,同比增長28.6%;新增確認訂單1647架,約為2020年的2.7倍。然而這是窄體飛機的貢獻,對于寬體飛機,根據波音公司網站信息:2021年年中,波音787被查出存在生產缺陷并暫停交付,全年僅交付14架波音787。遠低于2020年53架的交付量,與其疫情前百架以上的交付水平更是相去甚遠,波音可能最早在2022年2月或3月重新開始向客戶交付新的787飛機;另據空客網站信息:2021年交付55架A350飛機,依然是低迷狀態。唯一的好消息是:空中客車在2021年11月宣布推出A350F貨機,并得到了積極的市場反饋,在當年即獲得了22架確認及承諾訂單。另據國際航空專家預測:商用航空飛機的恢復期會延遲到2025年。上述重頭的碳纖維用戶經營慘淡,導致商用航空的需求持續低迷,還好有其他航空市場的彌補,使得總需求與2020年持平。2021年,我們將飛行汽車納入了該市場,這是相當有前景的分市場,碳纖維復合材料是不二選擇!

    7.2. 風電葉片應用市場


    2021年,風電市場發展風云劇變,陸上主機報價扣除塔筒成本后,價格已低至大約1600元/KW,比起2020年幾乎腰斬。再加上源頭的材料漲價,整個產業鏈基本處于微利或虧損狀態。這個市場行情不光讓國內外眾多計劃采用碳纖維的葉片企業猶豫及止步,也讓需求巨頭VESTAS放緩了碳纖維需求增長的力度。

    2022年,受國外風場補貼因素影響以及成本因素影響,預計全球兩大巨頭VESTAS及GE的碳纖維板材用量基本不會增長,維持在全年用量為30,000噸,其他幾家如GAMESA、NorDex,明陽、三一、上海電氣等的用量預計為3500-4500噸,大概率與2021的需求持平。

    從工藝角度:拉擠板材用于大梁已成為主流,近兩年中材科技、時代新材、中復連眾、艾朗等葉片廠家以及主機廠三一重工、明陽電氣、上海電氣等都陸續發布了使用碳纖維或碳?;旌侠瓟D大梁葉片,值得一提的是,東方電氣、中船雙瑞目前使用的織物灌注以及金風科技的預浸料工藝,對比拉擠板材,劣勢越來越明顯。2022 開始,碳纖維織物及預浸料工藝在全球范圍內大概率被被拉擠板材全部替代掉。當然,不排除有基于這些傳統工藝的思想,但產品形態及制造效率、成本更有優勢的新工藝出現。

    玻纖與碳纖的競爭:2019年年底,中材科技發布SINOMA85.6的全玻纖海上風電葉片并于2020年在福建興化灣裝機使用。2022年3月,株洲時代最新發布的TMT185葉片,長度達91米,全部使用玻璃纖維而非碳纖維,適配4.5MW到6.5MW機型。所有葉片企業非常清晰碳纖維的減重優勢及趨勢,只是在成本上算不過賬,尤其這兩年碳纖維供不應求的情況下。這個問題的解決有待于葉片企業與碳纖維企業更深入的精誠合作。

    風電市場的波動劇烈,但是總體上發展前景光明,風電碳纖維巨頭-卓爾泰克,是可以批量按照13美元/公斤左右供應碳纖維的。這個成本優勢,是我國大絲束碳纖維企業的參照系。

    7.3. 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,2021年的需求量為18,500噸。對比2020有顯著地增長。


    體育市場的分市場份額如下:


    2020年疫情之下,群體運動的碳纖維器材有較大幅度的下滑;而個人體育休閑的器材反而上升。而2021年,不少國家開始放開群體運動,這直接帶來了體育器材的較高速的增長。

    要關注休閑領域的增長潛力:如果碳纖維魚竿,早年是高檔貨,今天的一次性魚竿都是碳纖維;我們的休閑用自行車呢?隨著碳纖維及其復合材料的進步,也應該是這樣的趨勢。

    7.4. 壓力容器應用市場


    2021年,全國的氣瓶碳纖維用量大約為3000噸。其中,呼吸氣瓶用量大約為600噸,CNG氣瓶大約500噸,儲氫氣瓶用量約為1900噸。未來幾年,呼吸氣瓶的增長會比較穩定,但受基數影響,增長量有限。天然氣氣瓶的用量在未來3年會有所增長,但在2025年開始會有所減緩。主要的增長點會出現在氫氣瓶領域。

    全球氣瓶的主力依然在歐美:2021年我國最大的氣瓶企業碳纖維用量大約是800噸,而同期的國際巨頭LUXFER預計有2,400噸,而Hexagon Lincon則有3,200噸左右,國內外差異是顯著的。結合其他國外廠家,我們估算的2021年市場需求數據為11,000噸。今后數年,該市場可能按20%年增長率高速增長。

    國內氣瓶市場研判:根據相關政策以及預測,2022年,中國將至少新增10,000輛氫能源車,主要在物流車、重卡和大巴領域,其中重卡為6,000臺。重卡儲氫氣瓶為210L-385L,單個瓶子碳纖維用量在40-45公斤之間,單車一般配置6-8個瓶組,重卡領域碳纖維用量大約1700-1900噸。加上其他物流車、客車領域的用量,氫燃料電池汽車預計總量能到使用到2500噸以上;加上呼吸氣瓶及天然氣氣瓶維持低速的增長,預計碳纖維用量能夠達到3600-3800噸。2023年開始至2025年,物流車以及大巴車的示范加大和重卡的逐漸推廣(最大重卡碳纖維用量約為500KG);2022年三月,發改委發布了《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035 年)》,我們有理由相信:中國碳纖維氣瓶市場在3-4年,有望成長為萬噸級別的大市場。

    7.5. 碳碳復材應用市場


    2021 年,碳碳復材的三大市場發展如下:

    剎車盤市場:國際的主要企業是:法國的Messier-Bugatti 公司、美國的Honeywell 公司、B.F. Goodrich公司、Goodyear公司和英國的Dunlop公司。中國的飛機剎車盤主要有北摩高科、中航飛機股份有限公司西安制動分公司、博云新材、西安超碼等廠商。該市場發展平穩。

    航天部件:主要企業是國內航天的相關院所,碳碳復合材料以其優異的性能成為大型固體火箭喉襯、發動機的噴管、擴散段、端頭帽等的首選材料。該市場發展平穩。

    熱場部件:單晶硅爐內,主要有碳氈功能材料和坩堝、保溫桶、護盤等碳碳復材結構材料:國際企業是德國的SGL公司,日本的東海碳素公司等;國內從事碳碳復合熱場材料的單位包括西安超碼、上??堤?、湖南金創等。預制體是碳碳復材重要的制造環節,國內的主要企業是:中材科技南京玻璃纖維研究院、江蘇天鳥高新技術有限公司、天津工業大學復合材料研究所、宜興市飛舟高新科技材料有限公司。2021年,我們將碳氈功能材料統計到這個碳碳復材市場中。

    2021年,單晶硅爐依然增長火爆,根據北極星太陽能光伏網的數據:單晶硅爐即將破3萬臺,主要的企業為上虞晶盛機電、北京京運通科技、江蘇華盛天龍光電設備、北京七星華創電子、德國PVA TePla AG、美國Kayex 公司、日本Ferrotec公司。

    7.6. 混配模成型應用市場


    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?;炫洌╟ompound)是指非連續碳纖維增強塑料,主要包括短切增強和LFT。玻纖D-LFT在汽車領域的廣泛應用證明了這種復合材料形態的優勢。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。由于回收碳纖維的加入,讓這些非連續形態的,以及非連續形態加連續形態的混合結構,展現出一定的發展空間。

    從事短切碳纖維增強塑料的,通常是改性塑料企業,比如SABIC、RTP、POLYONE、COMPTEX、 POLYNT、深圳沃特、廣東金發科技等。他們通常是從碳纖維企業采購短切碳纖維,采用雙螺桿混配造粒,然后在銷售給應用單位做注塑成型。近幾年,在常規連續性纖維復材及塑料之間,短切碳纖維增強塑料以其遠超塑料的力學性能,遠超連續纖維的成本及規模成型便利性,贏得無人機行業青睞,得以快速增長。該應用提出了增加復材剛性的需求,可以從定制中模量的碳纖維解決,也可從混配技術上增加殘留纖維長度來解決。

    從事碳纖維片狀模塑料的企業主要有:美國QUANTUM、MAGANA、Ashland、Continental Structural Plastics,德國MENZOLIT等企業。對比與傳統的玻纖SMC、碳纖維SMC的浸潤性受絲束大小的影響較大,而浸潤性的好壞與力學性能相關聯,目前的碳纖維SMC還沒有實現其該有的力學性能優勢。2021該市場并無重大事件。

    7.7. 汽車應用市場


    2021年的市場需求為9,500噸,對比2020年的12,500噸,有3,000噸的降低,其主要原因是寶馬公司在2020年底停產了復合材料車型I8,又在2021年7月停產了I3。我們估計影響了近5,000噸碳纖維的需求, 加上其他零部件、改裝市場的增長,總量減少約3,000噸。

    2021年在汽車復材領域,主要有如下大事:Saint Jean Industries圣約翰工業公司(法國)采用Hexcel公司預浸料生產的混合碳纖維/鋁懸架轉向節;由Williams Advanced Engineering(英國)開發的CFRP 叉臂在90秒鐘內用再生碳纖維和RraceTRAK工藝成型;Rassini(Piedras Negras,墨西哥)為MY2021福特F150皮卡車開發的碳纖維后懸架系統;意大利Polynt Composites公司、瑞士AOC公司和帝人汽車技術公司(原中國唐山CSP VICTALL)在過去幾年里都增加了新的 SMC 生產線,所有新增的SMC生產線都有能力生產碳纖維SMC, Polynt還在其產品中引入Polynt-RECarbon再生纖維SMC產品,以及分別具有UD和織物增強功能的UDCarbon和TXTCarbon混合物;Bucci Composites SpA(意大利法恩扎)宣布為英國汽車制造商Bentley的Bentayga SUV開發22英寸全碳纖維車輪。據說這是有史以來最大的全碳纖維車輪,它是通過高壓RTM(HP-RTM)制造的,每個車輪可減輕6公斤的重量。

    新能源汽車的電池盒,2021年的趨勢是利用玻璃纖維復材替代碳纖維或其他材料。而碳纖維汽車輪轂則有從小批量超豪華車,逐步走向較大批量豪華車的標配,這可能為碳纖維帶來萬噸級別的需求。

    7.8. 建筑應用市場


    本領域是一個廣泛意義的建筑,不僅包括我們通常意義的建筑,也包括了建筑機械、橋梁、隧道及工業管道等,復合材料的應用主要有如下幾個領域:1.建筑及橋梁結構的補強:2.藝術型建筑的主體結構;3.建筑機械;4.新建大跨/空間結構;5.管道補強。

    上述應用市場中,有80-90%的碳纖維用于建筑及橋梁結構的加固補強,在城市更新的大背景下,相關部委在《交通強國建設綱要》、《建設工程抗震管理條例》等多項文件中提到結構加固的重要性,2022年中央1號文中再次強調農村公路安全以及危橋改造,國內結構加固市場以約每年20%以上的速度快速增長?,F階段基礎設施加固材料領域除福瑞斯、西卡、東麗等國外品牌,以上海悍馬為代表的國產品牌正在快速崛起并已被國內外市場廣泛認可,這些行業優質企業的崛起,也對曾經混亂的國內市場做了一場洗牌,“魚龍混雜”的狀況有了根本性的改變。此外,隨著三亞體育場、聊城徒駭河大橋等碳纖維索結構的建成,碳纖維復合材在新建大跨/空間結構領域的應用發展迅猛,有望在未來幾年大幅替代傳統的鋼索。

    2021年12月,國內首座承載千噸級碳纖維斜拉索車行橋掛索儀式跨徒駭河大橋項目舉行。大橋全長388米,主橋采用鋼塔雙索面蓮花型,創新采用Φ7-121規格碳纖維復合材料斜拉索,最大承載力超過1000噸,是目前國內工程應用的最大規格、最大承載力的碳纖維索。這是碳纖維拉索在國內車行斜拉橋中的首次應用,形成了國內最大噸位的國產碳纖維索錨體系,大橋建成后將成為世界上最大跨度碳纖維索斜拉橋。該項目由中國建筑集團第八工程局牽頭承建,柳工集團歐維姆機械股份有限公司承擔了碳纖維復材斜拉索錨固系統的設計和制造,南京海拓復合材料有限責任公司承擔了碳纖維復合材料索體的制造,中復神鷹提供了碳纖維。

    斜拉索大橋是中國橋梁的主要形態,中國也是最大的市場,跨徒駭河大橋的成功示范具有里程碑意義。這完全可以發展為中國應用生態、具有巨大需求的特色市場!

    7.9. 電子電氣應用市場


    2021年,電子電氣領域,市場在平穩增長。

    首先是功能性應用領域:短切碳纖維增強塑料具有防靜電、電磁屏蔽等功能在復印機、打印機、數碼相機、數據傳輸電纜接頭等產品早已經有成熟應用,對比其他的如炭黑、金屬等類似材料,碳纖維增強塑料的成本降低,會帶來這個市場的穩定擴展。

    力學增強方面:主要的產品形態有長碳纖維增強塑料(LFT)和連續碳纖維增強材料。LFT其實是一個介于短切與連續之間、兼顧了成本與性能的一個很有前景的產品形態,然后,熱塑界面的問題,如何在塑料中保持較長的長度及均勻分散問題,這些技術障礙阻礙了這個產品的更廣闊的應用。連續碳纖維增強材料,主要是用于輕薄筆記本的殼體,其中有經典工藝的熱固殼體,也有熱塑殼體。

    2021年,行業主要新聞是:Carbon Mobile公司推出碳1 MK II智能手機 由朗盛TepEX DyalLITE熱塑性增強1K連續碳纖維長絲制造;東麗在CAMX2021上展示由Cetex TC920 PC/ABS碳纖維編織層壓板制造的惠普Buffalos筆記本電腦外殼;Isotruss碳纖維發射塔發布支持全球5G電信部署,與鋼塔相比,創新的IsoTruss®點陣網格設計需要更少的碳纖維來制造通信塔,進一步縮小價格差距并與傳統的鋼結構競爭,同時提供額外的附加價值。

    7.10. 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、超豪華游艇、高速客船及軍事用途的船舶。多年來,除了競賽類船舶,近幾年,電動水翼船、水上出租車,高速客輪紛紛采用碳纖維復合材料,形成新的增長熱點。

    2021,船舶市場保持了持續高增長(美國國家船舶制造商協會報告統計數據)。根據復材世界信息:7.7 米長的電動水翼船 CandelaC-7號稱其能源效率是氣動滑行船的 4-5 倍,并且由于其碳纖維/環氧樹脂和輕質船體,使成本降低了 95%;2021年5月,Candela推出了一款P12電動水翼水上出租車,來取代柴油動力渡輪。9.5米長的P-12在全景式客艙中最多可搭載12名乘客。Candela報告說,使用相同的 CFRP 水翼系統和已在C-7 中得到驗證的船體結構,P-12每名乘客消耗的能源比家用汽車少,與內燃機船相比,運行成本低90%。

    2021年11月,網絡信息:港航集團所屬珠江船務下屬中威公司建造的國內首艘總長超過40米全碳纖維結構高速客輪“海珠灣”號在南沙小虎島造船基地碼頭順利下水,該船舶即將投入琶洲客運公司使用。


    圖片來源:Candela Boats


    圖片來源:國際船舶網

    7.11. 電纜芯應用市場


    2021年,我們統計的全球需求是1,100噸,對比2020有一定增長。而行業內部統計,估計只有750噸,比去年稍有下降。

    2021年,中復碳芯在碳纖維復合芯導線的基礎上開發了光纖碳纖維復合芯導線、多股絞碳纖維復合芯導線。在多股絞碳纖維復合芯技術基礎上,拓展開發多股絞碳纖維復合材料絞合索。中復碳芯開發的光纖碳纖維復合芯導線已經在國內國網試驗線上應用。多股碳纖維復合芯導線使得碳纖維復合芯的彎曲直徑由55D提升到45D,對復雜地形的施工更友好,保障線路施工中產品質量。中復碳芯開發的多股絞碳纖維復合芯導線已出口厄瓜多爾,并且和遼寧省電力公司聯合申請了柔性復合材料導線的科技項目。碳纖維復合材料絞合索也已在臨泉大橋上得到了試用。

    江蘇易鼎復合技術有限公司開發了金屬-碳復合材料型線,目前在試驗測試階段。

    國際上,碳纖維復合芯導線代表公司CTC Global一直專注于該領域的技術創新及產品在各國家電網工程上的應用,從歐專局專利技術顯示,其2019年申請了光纖碳纖維復合芯導線的專利,并在24個國家進行了布局。近兩年,其承擔了印度、巴基斯坦、尼泊爾、葡萄牙、孟加拉國、墨西哥、越南、不丹等國家電網的碳纖維復合芯導線舊線改造項目或光伏電站的新架電纜的建設。

    7.12. 其他應用市場

    軌道交通

    2021年1月15日高溫超導磁浮原理樣車在西南交大磁浮試驗線成功下線,該樣車采用全碳纖維復合材料車體、低阻力頭型,標志著高溫超導高速磁浮工程化研究從無到有的突破;先進結構轉向架碳纖維側梁相對于傳統鋼板焊接側梁重量減輕80%,為轉向架減重、節能、成本降低提供支撐。該車體是上海晉飛碳纖科技股份有限公司、上海石化與中車相關部分聯合研發的。

    2021年1月,中國中車第七代時速200公里磁浮列車亮相:碳纖維車體和懸浮架是唐山機車公司聯合上海晉飛碳纖科技股份有限公司開發,較原金屬材質的車體減重30%、選附件減重33%,載客提升20%,提高了牽引效率、降低了懸浮能耗。

    2021年7月,由中國中車承擔研制、具有完全自主知識產權的我國時速600公里高速磁浮交通系統在青島成功下線,該車型廣泛采用了碳纖維復合材料。


    時速200公里磁浮碳纖維車體


    高溫超導磁浮碳纖維車體


    先進結構轉向架碳纖維側梁

    2021年12月,上海浦東新區臨港中運量氫動力數字軌道膠輪電車下線,中車公司聯合上海晉飛碳纖維科技有限公司開發了纖維復合材料司機室和操作臺,降低了車身重量,司機室結構的優化大幅提升了舒適性。


    中運量氫動力數字軌道膠輪電車

    綜合目前的應用情況分析,雖然碳纖維復合材料在軌道交通領域的應用離實現大規模工業化生產還有一定的距離,但是隨著我國碳纖維復合材料上下游產業的成熟發展,原材料及工藝制造成本大幅下降,必將加快推動軌道交通車輛碳纖維復合材料工程化應用進程,使先進復合材料成為車輛主/次承載結構材料代際替換的首選。


    碳纖維功能材料

    碳纖維的主要功能性應用,除了傳統的阻燃材料:預氧絲、預氧氈,還有傳統的熱場材料:碳氈、石墨硬軟氈、電熱毯;還有傳統的防靜電、電磁屏蔽材料:短切碳纖維、磨粉增強塑料等等。

    新型的碳纖維功能材料,主要有:

    1. 燃料電池的氣態擴散層(GDL);
    2. 液流電池的電極材料的碳氈(石墨氈);
    3. 替代鉛酸電池的鉛板電極的碳氈板;
    4. 替代鋰離子電池的能量密度的多微孔碳纖維材料;
    5. 預氧氈+二氧化硅氣凝膠復合材料

    2021年,主要的新聞是:Grupo Antolin(Burgos,西班牙)宣布了對碳納米纖維進行研究,實驗室測試中取得了非常理想的結果,生產出的MEA(膜電極組件)裝置在電力方面的產量與市場上的相當。他們使用一半的鉑便實現了這一目標,在相同的運行周期后,降解水平降低了10倍;美國Hexcel宣布其參與Dolphin項目以開發顛覆性PEM燃料電池堆,Hexcel提供輕質PrimeTex spread展絲織物、HexMC模塑料和HexPly預浸料和預浸料層壓板,這些材料將應用于端板、氣體擴散層和雙極板。

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    觀察與思考

    2021-2022年將會是中國碳纖維的重要轉折點:既是上個十年, 碳纖維行業勵精圖治、取得偉大成績的一個總結期,又是下一輪發展戰略確定的起點。在上一輪發展中,我們不光解決了“從無到有”與“從小到大”的問題,國防急需的品種有了基本正常的供應;更為重要的是,我們構建了工業應用碳纖維的產業基礎,形成了一批可以在市場上生存與發展的企業,且在相當程度上,實現了全面與系統的國產化,大部分技術已經進入了自主研發與正向設計的較高水平。這個能力對國家產業安全至關重要,已經相當程度上解決了“卡脖子”的問題;碳纖維本身就具有軍民兩用的天然屬性,東麗作為世界頂尖的碳纖維生產廠家,美國出于軍工產業安全考慮,東麗的碳纖維幾乎沒有用到其國防軍工上,但無人會質疑東麗產品在各類軍工上的適用性;所以,產業能力的全面建設,才是國家安全的最堅實的保障!

    反思上一輪的發展,我們存在什么問題呢?還是上述我們肯定的方面,技術質量能力的構建不足,從自由競爭的市場角度看,我們還未有一家企業,具備國際競爭優勢。當然這與我們僅僅二十年的工業歷史直接相關。我們任何一家的碳纖維,無論什么牌號,在性價比方面,如果在海外市場與對手公平競爭,我們都是輸。另外一個嚴重問題:上一輪的發展中,尤其最近三年,主要由于風電葉片、加上光伏及壓力容器等的需求旺盛,導致短期的供不應求,價格上漲,激發了多家碳纖維企業的太過熱情的擴產,包括一些不知深淺的新進入者。我們不反對擴產,我們反而支持有技術增值的更大擴產,比如大絲束碳纖維,是不少工業應用的標配,從2012年,我們公開呼吁要大發展,直到十年后的今天,市場的供應還遠遠不足,請大家注意,目前國際公認的大絲束是指48K或之上,不是早些年24K以上的概念;大絲束全球供給嚴重不足,東麗旗下的ZOLTEK這些年都在拼命擴產,據說,它的纖維售價13美元/公斤,依然有不錯的毛利,假如你的24-30K,也能有類似的低成本技術,你的擴產當然是有效的,成本做不到,性能與質量有較大幅度提升,比如你的48K能做到T700性能,當然也有很強的性價比競爭優勢, 擴產理所應當!我們反對的是:對提質增效無幫助的簡單重復擴建。

    碳纖維領域依然有巨大技術進步空間。提質增效起碼有如下意義:1. 性能的提升,2. 質量的提升,3. 生產效率的提升,4. 成本的降低。決定這些的因素很多:比如工藝技術、裝備技術、操作技能、工程建設及管理、生產管理、企業經營、資源要素成本等等方面。碳纖維應用行業曾經低劣的“假冒偽劣”,用黑色纖維冒充碳纖維,要想通過“偷工減料”去降低成本,基本無運作空間。只能依靠技術去降低成本,今天,問問碳纖維企業,哪個降低成本的技術不是高難技術?PAN基原絲到碳化得率能否更接近理論值?這是值上億元的技術;腈綸與原絲生產的區別中,如何去評估性價比而決策最優?這涉及到每噸原絲數千元的成本差異;原絲油劑成本高,有機硅行業是否有人來攻克這個問題,把每噸原絲從數千元降低到數百元?每年為大規模原絲企業節約小一億成本?預氧化耗時長,高能高排,能否做大幅度下降,讓單線成本降低數千萬元?低溫馬弗在800℃以上壽命不到一年,能否研發長壽命裝備,為用戶節約數千萬元?整個碳化線消耗了大量的氮氣,能否有技術大幅度降低?為單線節省數百萬元?全是技術要解決的問題!

    有人問:國際碳纖維巨頭在干啥?是否對碳纖維技術有奇招?我們能否一步跨域,直接“彎道超車”?這是行業從事碳纖維產業之初,經常產生的問題。當我們在行業浸潤越久,我們就越能體會與感知碳纖維巨頭的作為。他們確實有奇招在研發中:比如以“節能降耗、碳化單線萬噸”為目標的日本NEDO的所謂第二代碳纖維技術,這個代差技術要進入規模產業,從頭到尾,起碼需要25-30年時間,其中還存在技術是否成功的風險。所以,我堅信:所有的巨頭其實也是圍繞上述的紛雜的技術問題做長期的積累與提升,這就是“硬科技”的通常做法:很難出現“一招鮮、吃遍天”的美事與捷徑,更多是對大系統內的紛繁復雜技術問題,逐一擊破、長期積累、終究形成堅不可摧的系統競爭優勢!而這個,是通常中國式小聰明很難接受與踐行的。二十多年的大浪淘沙,沉淀了一代碳纖維人,有如此的堅韌與執著,這是上個周期取得偉大成績的根本原因。在生活壓力巨大及浮躁的社會環境之下,希望能帶動年輕一代,繼續堅韌與執著,這是產業興旺的正道!

    1. 新的供需關系及應對措施

    近幾年,碳纖維市場增長的主要動力是風電葉片,我們先來了解2021年全球風電發展的一些情況,根據全球風能理事會(GWEC)的《全球風能報告2022》信息:2021年,全球風電裝機新增93.6 GW(并網容量)。中國及美國這全球兩個最大風電市場的陸上風電新增安裝量有所下降,分別為30.7 GW和12.7 GW,但其他地區紛紛創造歷史新高。歐洲、拉丁美洲、非洲及中東的陸上新增裝機分別增長了19%、27%及120%。全球海上風電在2021年實現了21.1 GW的新增并網(為2020年的三倍多),創造了歷史最好成績。中國一枝獨秀,其海上風電增量占全球的80%,這也讓中國超越英國成為全球海上風電累計裝機最多的國家。對于供應,彭博能源財經發布了如下排名,前十名中六家中國企業,其他國外企業是歐美四強:VESTAS, SIMENS GAMESA, GE 及NORDEX。


    整個風電市場的特點:中國的市場及供應均大約是全球的一半,中國廠家主要玩中國市場,歐美四強主要玩非中國市場(在中國市場份額幾乎可以忽略)。風電另一個特點是:國內定價是按照風機額定功率的單價,而國際更重視LCOE (平準化度電成本),前者死拼成本,更注重降低成本,后者拼性價比,更注重技術進步的綜合效益,顯然后者國際更科學;回到碳纖維用量,我們估算VESTAS去年大約25,000噸,中國風電企業消耗了大約4,500噸,歐美其他企業消耗了3,500噸。

    對于當前的行業發展水平:碳纖維為風電所用,顯然不可能是成本驅動的,而是技術驅動的,但是國內風電市場的游戲規則又沒有與國際接軌,是成本驅動型的,這是如何去化解這個困局?

    從風電產業角度,無論是通過走出國門,還是通過行業協會,推動國內風電市場與國際接軌,形成LCOE的定價機制,不形成一個“技術驅動”型行業文化,不要說碳纖維用不上,很多創新技術都無施展空間。從碳纖維角度,提高性價比是行業自身競爭的需要,無論你的碳纖維應用在哪個行業,哪怕是利潤豐厚的航空航天領域,不提升性價比,也沒有持續健康發展的基礎。換一個角度,如果你能在風電“殘酷”的成本壓力下生存,就可以“笑傲江湖”了。

    風電與碳纖維產業只有精誠合作,才可能產生獨特的成果:首先,雙方產業都還在蓬勃發展之中,沒有道理去用靜態思維看問題?;仡橵ESTAS在20年前嘗試用碳纖維,那個年代,碳纖維不光貴,質量還奇差,他們一路堅持下來,才有今天的輝煌;碳纖維人也應有發展的眼光來處理合作,我們今天的產品性價比確實比不上ZOLTEK,而ZOLTEK當年開發的PX-35,也不是為風電量身定制的品種??!為風電定制產品及復材工藝,依然是大有可為的,其中也有海量的降低成本的空間。這些均需要雙方或者兩個行業的精誠合作。一些風電企業計劃進入碳纖維行業,認識到碳纖維對未來風電的戰略意義是對的,有一點忠告:決策者在科研中,如果沒有發現頭痛的技術難點及實證有效的解決方案;精算成本長期競爭不過現存碳纖維企業,希望您冷靜與謹慎!因為你的熱情很可能不光讓您企業背上沉重的包袱,還會禍害碳纖維行業。

    風電市場之外,目前確定持續增長的市場是碳碳復材、壓力容器;體育休閑也會保持穩定強勁增長;軌道交通有較大的潛力,通過多年的科研積累,已經逐步展示其需求潛力;盡管遭遇疫情影響,商用航空受挫,但是無人機蓬勃發展,飛行汽車很快會進入量產,國際單通道飛機采用碳纖維的趨勢已經明顯,這個市場是值得期待的;這些應用市場的發展與碳纖維復合材料產業發展也是相輔相成的,需要形成精誠合作,不能只是停留在買賣關系上,需要組建應用生態鏈攻關聯盟。

    通過上一輪的發展,碳纖維產業已經形成了一定的“疆域劃分”,從事航空航天的碳纖維企業,我們稱之為“嚴格認證小絲束”,工業應用領域內:高性能小絲束、常規性能小絲束、大絲束(含高性能),共形成四種類型的生產技術,各有特點??梢愿鶕髯缘膬瀯菖c不同應用市場去匹配深入發展,建立各自特色與深度的生態鏈。全盤通吃并非當前明智的做法,如果整個產業均按此思路發展,就會再次跌入低水平重復建設、血拼價格的陷阱。

    2.優質材料是市場的永恒之愛

    在我國近三年的紅火的發展中,由于世界碳纖維供應的短缺,我們每家企業的生意非常紅火,均能實現無庫存銷售。其中,也出現不少用戶對性能質量不滿意而忍氣吞聲的情況。對比之前日本,尤其是東麗的纖維,我們的性能質量不穩定,纖維加工性能較差,并沒有通過這一輪擴產有根本性的提升,這無疑是行業持續健康發展的隱患。我們每家工廠需要清晰認識到:本輪的熱銷,主要是因為市場供應短缺的原因,并非產品優質之功。而當市場供需平衡、甚至供過于求,選擇權就重新回到用戶手中,這時,質量問題又會重新成為各家企業管理者案上最頭疼的事。而這一天,根據我們前面章節對中國市場的分析,肯定會在2022年到來。潮水退后的裸泳者就會現身。

    中國碳纖維上一輪的發展中(2002-2012),除了“簡單技術重復投資”的毛病,還有另外一個毛病,就是類似“畝產萬斤”的吹牛比賽:張家搞出T700,李家就必須T800, 王家就只能T1000了。當然航空航天確實有一定的需求,也確實有一部分企業是腳踏實地做這些攻關的,而干實事的人與企業更加低調,很少對外吹牛,而吹牛最兇的幾家企業,早已經消失在人海之中。

    在本一輪發展中(2012-2022),因為有實事做,大家也就沒啥工夫吹牛了,也很少有人去比拼T700\T800\T1000了;大浪淘沙,靠吹牛與靠坑蒙拐騙的人也都沉入江底了。我們取得的最大成就是:國家急需的碳纖維基本有了保障,對于民用,高效地建設生產線、很快開好生產線并出產品,恰逢市場好,大家都忙于擴產能;本輪初期提出的“提質增效”共識,完成了一半“增效”,而“提質”方面的工作并無根本的提升。

    碳纖維的質量主要是由性能的穩定性及工藝加工性組成。性能的穩定性包括了力學性能(主要是拉伸強度及模量)及物理性能(線密度)的離散系數。復合材料結構設計通常采用B基準值(95%的置信度下至少有90%的數據高于它)。碳纖維的性能離散系數越小,復合材料的許用值才大,就可減輕結構重量與成本。所以,離散系數的重要性甚至大于力學性能本身。工藝加工性主要包括紗錠等長,少毛絲毛團、不劈絲、無翻轉與加捻、展絲性好、不同后處理工藝的漿料匹配等。目前,我們國產碳纖維最大的問題是毛絲問題。同樣的預浸或織造設備,與之前的進口絲對比,清潔絲道的人工大幅度增加。纖維的展絲性,國產與日本纖維也有較大差距,這導致絲束的不均寬,預浸料與織物的均勻性不佳,為制造超薄熱固性預浸帶及熱塑性預浸帶形成了困難。

    我們不鼓勵企業在T300/T700\T800\T1000 方面去做吹牛比賽,我們希望我們的企業在質量上:在離散系數上,毛絲上,展絲性等等方面去做市場競爭、敢于向市場去“吹牛”、去保證;因為我們相信,只要企業關注質量,只要一段時間的經驗積累,性能穩步提升是個自然而然的事情。

    3.碳纖維行業必須相當長時間內高舉“技術驅動”大旗

    看著行業內有企業利用產業鏈資源把控、利用規模來提升競爭力,我們不敢茍同。主要的理由是對產業發展階段的判斷,我們反復講:碳纖維依然處于幼兒期,其技術發展的空間依然很大。所以,幼兒期的主要矛盾是技術的競爭;當技術發展遇到天花板時,行業內企業技術趨于一致水平時,成熟期的主要矛盾就是規模效應及上下游資源整合實力。所以,不同時期應該有相應的策略。

    技術競爭是“八仙過海、各顯神通”,不光大家心服口服,且心懷尊敬、努力學習,這是將行業帶入持續健康發展的正路,而規模效應及上下游資源整合實力的關鍵是企業資金能力。當前中國碳纖維主要企業均是大塊頭央企及國企,要“擴軍備戰”搞對抗,誰都有這個實力。當這條路上,誰也搞不服誰的時候,大家再坐到一起談如何銷毀“核武”,或如同歐佩克一樣,談每家關閉多少生產線?從國家利益層面,這么干劃算嗎?在大家規模與資源對抗的過程中,一定有人殺紅了眼,開始“惡意人力資源整合”(相互間挖人與挖墻角),讓核心技術在各廠家之間亂傳。幾年下來,這些野蠻的、無序的競爭,必然把行業帶入“萬劫不復”的悲慘境地,看著歐美幾個巨頭依然霸據領先地位,我們這代碳纖維人情以何堪?

    碳纖維技術是個極其復雜的技術系統:從原輔料的質量,到原絲及碳化的各個工序,里面都蘊含了大量的基礎研究、工藝及裝備的認知、參數及經驗。而這其中,最基礎的是認知。我們的認知來源于哪兒?對基礎研究的理解程度,對先進企業與專家的學習,自身工程實踐中的經驗。行業有幾本教科書,曾經是不少企業的入門教材,意義非常重要,盡管其中有不少錯誤;之后向國際先進企業及專家學習,其中不少認知得到了實踐的證明與支持,逐步變成了我們自己的認知。但總體上,產業的認知還是以外來為主。我們還沒有形成足夠的研發能力去不斷生產先進認知。

    研發能力的薄弱,是當前碳纖維產業的重大問題:一類是學術與技術基礎的研究,產業發展之前, 主要是縱向課題引導下做研究,采取是跟隨國際先進企業的產品發展思路。產業發展之后,不少教授學者的精力放到了轟轟烈烈的產業建設中,研究工作多少有些耽誤;另一類是企業工程技術的研究,早期生意不好時,大家還多少能靜心做一些研究,生意一好,為數不多的工程技術人員精力主要放在了新生產線的建設上,之前的改進提升工作,沒有時間去做,研發工作又停頓下來。這些導致了整個行業的研發投入與能力是有所下降的。

    如何去增強行業的研發及創新能力?首先要改變跟隨型的思想,建立技術自信。的確,對于很多產業,我們均是從歐美學習而來,我們必然有“知其然、不知其所以然”的心虛、沒有可復制的就不會思考的階段。當我們逐步熟悉了關鍵技術,尤其具備正向設計能力的時候,我們就需要根據基本的原理去思考問題,多實踐,多犯錯!我們無需害怕犯錯,更無需害怕失敗,我們需要去習慣失敗、去歡迎失敗,因為創新總是藏在一屋子失敗的某個角落中的??纯慈祟惖慕^大多數偉大工程科技創新,你也會發現這個規律。

    4.碳纖維行業要探索工業文明之道

    改革開放以來,我們的制造業取得了舉世矚目的成就,大量的產品位居世界第一。中國制造確實以“價廉物美”成為國家名片。然后,細數之下,多為技術含量不高的產品。對于高科技,尤其是硬科技,我們有太多“卡脖子”,這是個非常復雜的問題。竊以為:先進工業文明是個基礎性問題,此處的“工業文明”一詞不是針對“農耕文明”的意涵,是指:對技術發展空間巨大的新興產業,避免同質化無序競爭的低水平重復建設,樹立技術競爭優先、生態鏈建設優先、有競爭、更有合作的先進工商業文化及社會文化。

    前面提到了2021-2022我國碳纖維的擴產狀況,絕大部分依然在常規小絲束領域,而市場的發展(風電、碳碳復材、氣瓶等)的趨勢是大絲束(含高性能大絲束)及量身定制的特色小絲束,常規產品嚴重的供過于求,必然會產生慘烈價格廝殺,而價格戰之下,整個行業并無贏家。下游企業也是短時期開心,長期被拖累。有人說:“商場如戰場嘛,競爭不可避免”。競爭是為什么?行業全輸的競爭是良性競爭還是惡意競爭?按此邏輯,可口可樂與百事可樂就不可能共存,波音與空客也不可能共存,世界就不需要反壟斷法去自廢武功。

    回到我們碳纖維領域,我理解的工業文明有如下幾點:

    認識行業的規律,逐步學習與掌握與之匹配的先進經營思想:我們以日本三家碳纖維企業為例:東麗自1961進入行業,數十年不盈利,按我們的性情,他們不得急死?他們不急,也沒有躺平,依然幾十年如一日的奮發圖強,他們清楚人類對碳纖維依然在學習曲線中,而其中,時間是最重要的輸入參數。我國的企業家,大都是承接發達國家轉移過來的成熟產業而成功的,成功帶來自信與自豪,誤以為無所不能。這些成熟行業,國際上已經完成了大部分的學習曲線,更多的小改小革的技術工作,而沒有太多開拓性的、顛覆性的、從零到一的艱難技術。碳纖維行業還有大量艱難技術等待人類去學習、摸索與攻克。我們需要認識行業規律,認真向國際先進企業去學習從事硬科技的經營思想。而不是“急功近利”、“人有多大膽、地有多大產”的“大躍進”思維來從事硬科技產業。

    要堅決摒棄惡性競爭的落后思維。“一山能容二虎嗎”?日本這座山,這幾十年,一直容著東麗、東邦與三菱三只老虎,有競爭,沒有聽說這三家搞價格血拼、搞死對手為快樂。在現代商業文明中,除了我們曾經信奉的“弱肉強食”的“叢林法則”的模式,還有通過創新、協作、為社會創造更多價值的良性共生、共同發展的模式。碳纖維其實給了我們一個非常廣闊的生存發展空間,無論纖維品種、復材設計、成型工藝、廣泛的應用,我們現有的每家企業,都能找到適合于自己的空間,無需去窺視別人的疆土并侵犯之,我們應該去尊重“開疆拓土”企業及他們獲取的正當利潤,要鄙棄因為眼紅而殺入這個領域,損人不利己的惡劣行為。

    產業背后的資本需要更聰明于價值投資。中國碳纖維二十多年的發展的教訓中,除了某些企業家的頭腦發熱,背后也有“資本的躁動與盲目”的因素。日本有不少大型企業曾經接觸與從事過碳纖維,看著碳纖維生意這么好,怎么不見新進入者,日本資本是沒有我們有錢還是不如我國資本的聰明?互聯網行業中有一句名言“站在風口上,豬都能飛起來”,當資本說我們碳纖維現在是“風口”時,我正告他:“碳纖維行業沒有豬,都是一群踏實做技術的人。如果你認為碳纖維現在是“風口”,恭喜你,豬也是這么想的,而且,這頭豬迎著風口也飛不起來的,只有代宰的命運”。2021-2022年的中國碳纖維,又處于一個新的歷史轉折點。對于資本,會有一種新型的折磨方式出現:“欲哭無淚、欲罷不能、流血不止、生不如死。”投資需謹慎!

    碳纖維企業要勇當產業鏈龍頭,推動產業技術創新生態建設

    我國在新材料的發展產業政策上,總會提出“市場或應用牽引”的概念。在研發項目的安排上,也理所應當的往往把應用龍頭企業作為項目團隊的牽頭單位。這導致一個問題,因為應用單位對碳纖維及其復合材料的不熟悉,他們認為碳纖維就是一個與鋼鐵、鋁合金、塑料類似的材料而已,他們本身很熟悉應用的結構,做個材料替換,并非很難的事。這種思維會導致研發項目的夭折或勉強交差,對國家這方面的研發實力并無實際幫助。

    問題在哪兒?我們清楚,一個結構的完成,需要分析負荷,然后根據負荷做結構設計,然后是材料與成型工藝的選擇。對于傳統材料,應用單位只需要了解材料的性能,就能套入他們已有的設計與成型工藝之中。但是對于碳纖維復合材料,設計與成型工藝與傳統材料有巨大的區別。最終的結果是,應用單位給碳纖維行業結構負荷及工況,碳纖維復合材料領域完成大設計(包括結構設計、成型工藝設計、品控設計、材料及形態選擇等等專業工作)。僅從技術上,誰該來牽頭?

    讓我們借鑒一下發達國家的經驗,美國國會的技術評估辦公室OTS,曾經在1988年出版《Advanced material by Design》(可設計的先進材料),書中介紹了:“美國商業應用用戶認為:這些材料的應用在未來 5 年內不會盈利,而且需要 10 至 20 年的時間來解決技術問題,開發快速、低成本的制造方法。而且技術進化的迅速步伐可能使這些工藝過時。因此,在美國先進材料技術上的商業market pull(市場牽引)很少。對比美國,外國特別是日本的,正在追求一種“technology push”(技術推動)的方法,材料企業犧牲短期利潤,獲得必要的經驗,以確保在未來巨大的市場份額。這種大膽的做法會使這些公司在開發全球市場方面獲得顯著優勢。OTA 發現:先進材料的長期使用經驗是競爭的先決條件,美國商業應用公司不應該期望:技術問題被其他公司解決后,才介入具有競爭力的先進材料產品。” 我們簡單回顧碳纖維的應用歷史就會發展,諸多工業應用是碳纖維公司“技術推動”而來,并非“市場牽引”的成果。

    鑒于上述的認知,我們的碳纖維企業需要聯合國內外技術實力較強的復合材料設計公司 (不僅僅是結構設計,是個大設計概念,囊括復合材料整個制造鏈),與潛在應用單位一起,共同推進產業生態鏈的建設。這其中,首先要清晰地理解應用的結構負荷及運行條件的最優狀態,明確最佳匹配的碳纖維品種,找到或創新高效低成本的成型工藝,既不能為應用單位現有金屬工藝所限,也不能為所謂傳統或經典的復合材料工藝所限,更不能受市場目前的碳纖維品種所限,根據應用的最根本的需求或期盼,大膽創造!當我們的碳纖維企業具備這樣的能力之后,你不做龍頭,舍你其誰?

    如同玻璃纖維產業的蓬勃發展,碳纖維也有類似的光明前景。我們依然對去年報告預測的2030年50-60萬噸的數據保持樂觀。應用市場的發展,為現有碳纖維產品提供一個百花齊放的機會;深入的生態建設,為碳纖維產業增加多樣化的產品。每家碳纖維企業也會因此深耕自己的生態鏈,專心致志把產品打磨成國際水準。全行業需要加強基礎技術及工程技術的研發力度:除了對現有技術的提升,亟待開展“新一代碳纖維技術”的研究工作,讓我們的學術重新開始繁榮起來,讓企業與科研院校形成更加緊密、高效的研發聯盟,中國碳纖維一定有美好的明天!


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