大飛機鈦合金和碳纖維哪個好（飛機碳纖維產業鏈分析）

2023-05-18 11:54:44 1

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碳纖維具有較高技術壁壘，美日技術領先，我國已開始戰略布局。碳纖維是輕 質高強的航空航天材料，其加工流程複雜，工藝難度高，具有很高的技術壁壘。 目前，世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中，其生產的碳纖維無論質量還 是數量均處於世界領先地位。近年來，我國已經意識到碳纖維及復材的重要性， 開始進行戰略布局，大力推動碳纖維材料研發。

我國碳纖維產業保持穩定增長，但實現產業化的企業仍然稀缺。目前我國碳纖 維產業正處於產業整合階段，產能 2006 年至 2009 年增速較快，在經歷 2010 年增速觸底後，2011 年至今，我國碳纖維產能始終保持穩定增長。但目前我 國碳纖維行業內還存在各種問題，實現產業化的企業仍然比較稀缺。

碳纖維復材在飛機上用量逐年增加，我國飛機產業鏈碳纖維需求空間巨大。碳 纖維複合材料應用於飛機結構材料可相應減重 20%-30%，還可以帶來結構和 性能的改善, 以及運營成本下降的綜合效益。因此，複合材料在軍民用飛機上 的用量正逐年增加。飛機產業對碳纖維的需求增量主要來自兩大因素：一是碳 纖維複合材料在飛機結構材料中的應用比例不斷提高，二是飛機訂單的增長。 我們預計，未來 10 年我國新增軍機的碳纖維需求量約為 3345 噸，C919 對碳 纖維需求量超過 7000 噸。

碳纖維材料具有高強度、低密度等優質特性。碳纖維具有低密度、高強度、耐高溫、 高化學穩定性、抗疲勞、耐摩擦等優異的基本物理及化學性能，並有高振動衰減性， 良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性能以及較低的熱膨脹係數等特性。

碳纖維材料除按照原絲進行分類外，還可以按照製造方法分為碳纖維（800-1600°C）、 石墨纖維（2000-3000°C）、氧化纖維（預氧絲 200-300°C）、活性碳纖維、氣相生長 碳纖維。按照力學性能分為高強型、高強中型、高模型和高強高模型四類。按照絲束 大小，把 48K 及以下的碳纖維稱為小絲束碳纖維（宇航級），48K 以上的成為大絲束 碳纖維（工業級），其中 K 數是指不加捻的連續絲束中所含單絲的數量。

碳纖維及復材加工流程複雜，工藝難度高，具有很高的技術壁壘。完整的碳纖維產業 鏈包括從原油到獲得丙烯，再聚合成聚丙烯晴，經過結絲、氧化、碳化後得到碳纖維， 與樹脂、陶瓷等材料結合，形成碳纖維複合材料，最後由各種成型工藝得到下遊應用 需要的最終產品。根據基體材料的不同，碳纖維複合材料有樹脂基、碳基、陶瓷基、 金屬基等多種形式，其中，樹脂基複合材料是使用最廣泛的碳纖維複合材料。製作碳 纖維的產品需要高溫固化、真空導入、熱壓罐等生產工藝，全過程流程長，精度要求 高，需要開發高精度模具，研製成本非常高。

1.2 需求增長迅速，航空航天為主要應用領域

我國積極鼓勵支持碳纖維產業發展。2015年5月，國務院正式發布《中國製造2025》， 把新材料作為重點領域之一進行大力推動和發展，其中高性能結構材料、先進複合材 料是新材料領域的發展重點。2015 年 10 月，工信部正式公布了《中國製造 2025 重點領域技術路線圖》，將「高性能纖維及其複合材料」作為關鍵戰略材料，2020 年 的目標為「國產碳纖維複合材料滿足大飛機等重要裝備的技術要求」。2016 年 11 月， 國務院印發《「十三五」國家戰略性新興產業發展規劃》，明確指出加強新材料產業上下 遊協作配套，在碳纖維複合材料等領域開展協同應用試點示範，搭建協同應用平臺。 2017 年 1 月，工信部、發改委、科技部、財政部聯合制定《新材料產業發展指南》， 提出到 2020 年，「在碳纖維複合材料、高品質特殊鋼、先進輕合金材料等領域實現 70 種以上重點新材料產業化及應用，建成與我國新材料產業發展水平相匹配的工藝 裝備保障體系。」

1.3 美日技術領先，壟斷全球

技術先進國家在碳纖維技術發展初期已經意識到該材料的重要性，紛紛進行戰略布局， 大力推動碳纖維材料研發。目前碳纖維主要生產國家包括日本、美國、歐洲和韓國等 國家。

目前，世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中，其生產的碳纖維無論質量還是數量 均處於世界領先地位。日本是全球最大的碳纖維生產國，日本的東麗公司、東邦公司 和三菱麗陽公司擁有全球丙烯腈基碳纖維（小絲束）近 50%市場份額，其中日本東 麗公司是世界上高性能碳纖維研製的「領頭羊」。

碳纖維複合材料與鋁合金、鈦合金、合金鋼並稱為飛機機體的四大先進結構材料，在 小型商務飛機和直升飛機上的使用量達到 70％~80％，在軍用飛機上佔 30％~40％， 在大型客機上佔 15％~50％。

碳纖維複合材料以 CFRP 為主。碳纖維是由有機纖維經碳化及石墨化處理而得到的 微晶石墨材料，與其它材料具有很高的相容性，兼備紡織纖維的柔軟可加工性，並且 容易複合，具有很大的設計自由度。目前碳纖維複合材料以樹脂基複合材料（CFRP） 為主，佔全部碳纖維複合材料市場份額的 90%以上。CFRP 具有質量輕等一系列突 出的性能，在對重量、剛度、疲勞特性等有嚴格要求的領域以及要求高溫、化學穩定 性高的場合，碳纖維複合材料都具有很大優勢。

2.1 民用飛機 CFRP 比例不斷提升

碳纖維複合材料在軍民用飛機上的用量逐年增加。由於碳纖維複合材料具有低密度、 高比強度、高比模量、可設計性強、等優點, 在飛機上採用先進複合材料可以大幅度 減輕機體結構質量、改善氣動彈性, 提高飛機的綜合性能, 大批量飛機零部件相繼採 用碳纖維複合材料，並且採用複合材料的面積、部位和重量也日趨增加。將碳纖維復 合材料應用於飛機結構中可相應減重 20%-30%，這是其他先進技術很難達到的效果， 而且還可以帶來結構和性能的改善, 以及運營成本下降的綜合效益。因此，複合材料 在軍民用飛機上的用量正逐年增加。但由於民機對安全性、可靠性、經濟型的要求高 於軍機，因此在應用上更加保守和延後。

由次承力構件向主承力構件過渡，碳纖維複合材料在客機上的應用比例逐步提升。 20 世紀 80 年代開始，碳纖維複合材料開始應用在客機上的非承力構件，在早期的 A310、B757 和 B767 上，碳纖維複合材料的佔比僅為 5%-6%，隨著技術的不斷進 步，碳纖維複合材料逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上，其質量佔比也 開始逐步提升，到 A380 時，複合材料佔比達到 23%，具體應用在客機主承力結構 部件如主翼、尾翼、機體、中央翼盒、壓力隔壁等，次承力結構部件如輔助翼、方向 舵及客機內飾材料等，開創了先進複合材料在大型客機上大規模應用的先河。而最新 的 B787 和 A350，複合材料的用量達到了 50%以上，有更多部件使用碳纖維，例 如機頭、尾翼、機翼蒙皮等，使用量大大提升。

就國內民用客機產業而言，在 2017 年首飛的 C919 大客機上, 使用的複合材料佔到 飛機結構重量的 12%，其應用範圍涵蓋方向舵等次承力結構和飛機平尾等主承力結 構，主要包括雷達罩、機翼前後緣、活動翼面、翼梢小翼、翼身整流罩、後機身、尾 翼等部件，其中尾翼主盒段和後機身前段使用了先進的第三代中模高強碳纖維複合材 料，主承力結構、高溫區、增壓區使用複合材料在國內民用飛機研製中也屬首次。2018 年珠海航展上亮相的中俄合作研製的 280 座遠程寬體客機 CR929 複合材料使用比例 有望超過 50%。

碳纖維複合材料應用於客機具備四大優勢：

安全性：與鋁合金相比，複合材料的損傷容限和抗腐蝕性能更好，提高了耐久性，同 時也提高了安全性。另外，碳纖維複合材料首先應用於軍機，為民用飛機積累了可貴 的經驗，30 多年的研究和應用使得技術上已十分成熟，複合材料在客機上的用量逐 步擴大是安全的。

經濟性：飛機的成本不僅僅是一次性的購買費用，還要考慮油耗、維修成本、壽命等， 成本的概念已經擴大成為全壽命成本。雖然碳纖維複合材料比鋁合金貴得多，但飛機 結構重量大幅降低所帶來的的經濟效益（包括油耗的降低等）遠遠超過了它的負面效 應。空客 A38 作為全球體積最大的民用飛機,創造了飛機史上的奇蹟:排放少、油耗低, 飛機機身有大約 25%的複合材料,使用了 22%的 CFRP。之所以要應用 CFRP,就是由 於在飛行時間的增加下, 碳纖維增強樹脂材料會受損,使用 CFRP 可以有效延長飛機 的使用壽命。與傳統材料製作而成的飛機相比,此類機型排放少、油耗低、使用時間 長,可以有效降低民用航空企業的運營成本。

舒適性：由於採用了整體結構的複合材料機身，B787 客艙的舷窗尺寸加大了 30%， 這意味著旅客可以擁有更大的視野。由於碳纖維複合材料具有優於鋁合金的抗疲勞和 抗腐蝕特性，可以使客艙溼度和氣壓有所提高，從現有客機相當於外界 2400m 高度 的氣壓改善至相當於外界 1800m 高度的氣壓，可以讓旅客享受到更舒適的空中旅行。

環保性： B787 在首次向世界隆重亮相前就已獲得 677 架訂單，總價值逾千億美元， 能夠獲得如此好的市場效應，非常重要的原因是機身輕便而且發動機特性好，可節省 20%的燃油，環保性能十分強大，這是通過發動機、氣動、複合材料等多方設計共同 達到的，其中油耗降低的 20%中有 8%是通過應用碳纖維複合材料達到的。

碳纖維複合材料在飛機上的應用為航空製造產業帶來深刻變革。碳纖維複合材料在飛 機上的用量和應用部位已成為衡量飛機結構先進性的重要指標, 也是航空公司購買飛機時的重要參考指標。大力發展航空複合材料技術已經成為國內外航空製造企業的 共識。

2.2 CFRP 廣泛作為軍機結構材料

在碳纖維複合材料使用初期,因為價格昂貴、性能好,因此多應用在航空領域,尤其是軍 用飛機製造領域。統計顯示,在世界範圍內,軍用飛機使用碳纖維複合材料的數量約佔 所有軍用飛機總材料的 35%,直升機則在 75%左右。

碳纖維複合材料已廣泛應用為軍機結構材料。從 1969 年起，美國 F14A 戰機碳纖維 複合材料用量僅有 1%，到美國 F-22 和 F35 為代表的第四代戰鬥機上碳纖維複合材 料用量達到 25%和 35%，在美國 B-2 隱身戰略轟炸機上，碳纖維複合材料佔比更是 超過了 50%，用量與日俱增。根據不完全數據統計,國外的軍用飛機使用的碳纖維材 料已經可以達到全部機身的 40%以上，碳纖維增強樹脂基複合材料的比例越高，飛 機作戰技術就越好。目前，一些歐美國家的輕型飛機基本實現材料的複合化應用，這 就使得飛機更加輕盈、飛行的安全性更高。

在戰鬥機和直升機上, 碳纖維複合材料應用於戰機主結構、次結構件和戰機特殊部位 的特種功能部件。國外將碳纖維/環氧和碳纖維/雙馬複合材料應用在戰機機身、主翼、 垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位, 起到了明顯的減重作用, 大大提高了抗疲勞、耐腐蝕 等性能, 數據顯示採用複合材料結構的前機身段, 可比金屬結構減輕質量 31.5%, 減 少零件 61.5%, 減少緊固件 61.3%；複合材料垂直安定面可減輕質量 32.24%。用軍 機戰術技術性能的重要指標結構重量係數來衡量, 國外第四代軍機的結構重量係數 已達到27~28%。未來以F-22為目標的背景機複合材料用量比例需求為35%左右, 其 中碳纖維複合材料將成為主體材料。國外一些輕型飛機和無人駕駛飛機, 已實現了結 構的複合材料化。目前主要使用的是 T300 級和 T700 級小絲束碳纖維增強的複合材 料。

業內一般認為，碳纖維複合材料在軍用航空方面的應用大體上可以分為三個階段：

第一階段——非承力結構：20 世紀 60-70 年代：由於 1 公斤 CFRP 可以大體替代 3 公斤鋁合金，性能滿足要求，因此開始用於非承力結構，如艙門、前緣、口蓋、整流 罩等尺寸較小的部件。

國內在技術上已無大的障礙，基本達到了國外類似的水平，需要的是大規模普及。

第二階段——次承力結構：20 世紀 70-80 年代：隨著力學性能的改善與前期應用的效果提高了人們的信心，CFRP 逐步擴展到飛機的次承力結構，即垂尾、平尾、鴨翼、 副襟翼舵面等受力較大、尺寸較大的部件。其中，1971 年美國 F-14 戰鬥機把纖維增 強的環氧樹脂複合材料成功應用在平尾上，是複合材料史上的一個裡程碑事件。

中國將 CFRP 用於軍機的舵面和翼面，也已經開始成熟。早在「六五」期間，瀋陽 飛機設計所、航空材料研究院和瀋陽飛機廠共同研製殲擊機複合材料垂尾壁板，比原 鋁合金結構輕 21kg，減重 30％。2009 年建國 60 周年國防成就展上，報導了殲-10 在鴨翼、垂尾、襟副翼、腹鰭等所有 7 個舵面和腹鰭採用了 CFRP 材料，這與國外 這一階段的發展水平基本相當。國內 CFRP 次承力構件的廣泛應用，與 T300 生產進 程密切相關。材料的國產化，產量的擴大化和價格的低廉化，分別為 CFRP 次承力 構件的應用提供可能性、適用性和經濟性。從而最終推動 CFRP 次承力構件成為國 產軍民航空器的標配。

第三階段——主承力結構：從上世紀 80 年代至今，隨著高性能碳纖維和預浸料-熱壓 罐整體成型工藝的成熟，CFRP 逐步進入機翼、機身等受力大、尺寸大的主承力結構 中。美國原麥道飛機公司於 1976 年率先研製了 F/A-18 的複合材料機翼，把複合材 料的用量提高到了 13%，成為複合材料史上的又一個重要裡程碑。後期更採用自動 鋪絲技術為 FA-18E/F 製造 CFRP 的 12 塊機身蒙皮，10 塊進氣管蒙皮，4 塊水平尾 翼蒙皮。F-16 戰鬥機 BLOCK50 之後也開始採用 CRPR 複合材料機翼。F-22 戰機的 複合材料用量已經提高到結構重量的 22%。目前西方國家軍機上複合材料用量約佔 全機結構重量的 20%~50%不等。

短期內，我國尚無法做到主承力結構 CFRP 的大規模應用。2015 年我國自主研發的 「獵鷹」高級教練機上首次實現了複合材料在主承力構件上的應用，其中某部件製造 技術研究獲得國防科技進步三等獎。但 CFRP 主承力結構件對 T700，T800 等高性 能軍用碳纖維生產，以及大型復材整體成型技術提出了更高需求，國內在這兩方面又 都存在短板甚至空白，因此大多數應用是探索性，合作性和階段性的。在短期內，我 國尚無法做到主承力結構 CFRP 的大規模應用。

我國軍用飛機的碳纖維複合材料應用呈現逐年遞增的趨勢。對於戰鬥機來說，結構設 計先進程度主要看 2 個用量指標，一個是鈦合金，一個就是碳纖維，世界主要戰機 F35、F22 碳纖維材料使用比例為 20%左右，先進軍用直升機碳纖維使用率超過 40%，無 人機使用率超過 90%。我國殲 8 和殲 10A 早期批次碳纖維使用比例僅為個位數，經 過努力我國軍機碳纖維使用率從個位數不斷向兩位數攀升，殲 10 A 後續批次機型在 雷達罩、前機身、副襟翼、垂尾等次承力結構部分均批量使用了碳纖維複合材料，殲 10BC 則在主機翼壁板大面積使用碳纖維材料，殲 11B、殲 11BS 及 L-15 均使用了 碳纖維垂直尾翼部件，而殲 11B 還率先在國內採用機翼鋁合金壁板改用全碳纖維制 造，全機大量採用碳纖維，整機重量減重 780 公斤，按規劃後續型號碳纖維比例將達 到 27%，和歐洲三代半飛機水平持平。隨著國內 T700、T800 級碳纖維生產水平的 不斷提高，CFRP 應用在軍機主承力構件指日可待。

2.3 我國飛機產業鏈碳纖維需求空間巨大

由於具有質輕、高強度的屬性，碳纖維在航空航天領域有廣泛應用。碳纖維相對於鋼 或鋁，減重效果可以達到 20%至 40%，在航空航天領域，主要應用於飛機的結構材 料（佔飛機重量的 30%左右），使飛機重量減輕 6%至 12%，從而顯著地降低飛機的 燃油成本，此外碳纖維也能夠克服金屬材料容易出現疲勞和被腐蝕的缺點，增強飛機 的耐用性；複合材料的良好成型性可以使結構設計成本和製造成本大幅度降低。飛機 產業對碳纖維的需求增量主要來自兩大因素：一是碳纖維複合材料在飛機結構材料中 的應用比例不斷提高，二是飛機訂單的增長。

中國各類機型方面與美國相比還有大幅度的差距。戰鬥機方面，由於高性能國產發動 機和機電系統的缺失，中國三代戰鬥機向四代戰鬥機過渡無法真正完成。戰鬥機方面， 我國空軍戰鬥機目前仍以二、三代機為主，二代機佔比超過 50%，反觀美國，目前 包括 F-15、F-16 在內的三代機佔比接近 90%，包括 F-22、F35 在內的四代機總量也 超過 200 架，隨著四代機殲-20 交付部隊，未來二代機將逐步退出歷史舞臺，三代機、 四代機佔比將逐步提升。

運輸機方面，我國大型運輸機與美國大型運輸機之間的數量比例關係要更為懸殊，比 例關係接近 1:8，未來包括運 20 在內的大型運輸機有望逐步量產。據美國軍事新聞戰略網報導，中國一共製造了 8 架新款運輸機，造價達到 2.5 億美元。我們認為，未 來運-20 的市場需求量或達數百架。

直升機方面，我國目前已經生產 2 噸級的直-11、4 噸級的直-9 和 13 噸級的直-8，但 在適用範圍廣泛的 10 噸級直升機領域目前依舊是空白。而從世界角度來看，美國西 科斯基飛機公司製造的 10 噸級黑鷹直升機服役數量接近世界全部服役直升機的 5 分 之 1，其使用的廣泛程度可見一斑，我們認為我軍最新研製的 10 噸級中型通用直升 機直-20 也將和黑鷹直升機所取得成績一樣成為我軍陸、海軍的主力機型參與各種軍 事行動，預計需求超過 700 架。教練機方面，目前我國高級教練機殲教七和教練九為 主，且高級教練機佔比較小。根據中華網報導，教練-10（即 L15）已服役 3 年，訂 單為 135 架，未來教練-10 的市場空間巨大。

我們根據美國三代機及以上機型數量測算，未來 10 年，中國新增三代及四代戰機的 需求預計在 1000-1500 架左右。殲 20 空機重量 15 噸，按照結構重量佔 50%以及 27%的碳纖維材料使用率計算，生產 300 架，需求將達到 610 噸，殲 11 空機重量 16 噸，按照 10%的複合材料使用率計算 1200 架的產量，需求將達到 960 噸。此外， 考慮軍用直升機約 1500 架，空機重量 4 噸，CFRP 使用率 40%；大型運輸機及加油 機等 100 架，空機重量 70 噸，碳纖維比例 10%；教練機等輕型飛機 500 架，空機 重量 6 噸，碳纖維比例 15%。由此我們預計，未來 10 年我國新增軍機的碳纖維需求 量約為 3345 噸。

據中國商飛官網數據，C919 目前已獲累計 28 家客戶 815 架訂單。根據 C919 副總 設計師傅國華預測，未來國內市場還有 2000 架左右的空間。飛機空重 42 噸，按 12% 使用量計算，預計對碳纖維複合材料的需求約為 7000 噸。

因此我們認為，未來一段時間內軍用飛機對於碳纖維的需求穩定增長，同時民用領域 的大飛機對於碳纖維的需求將是一個大增量。

3.1 我國碳纖維產業取得長足進步

自 2000 年起，我國碳纖維產業經歷了近 18 年的高速發展。在 2005 年，我國就進行 了原絲技術的轉型升級，截止 2014 年，碳纖維第一輪產業化建設基本完成。國產碳 纖維行業實現了快速發展，目前生產能力初具規模，應用領域不斷拓展，已初步建立 起碳纖維製造和應用的全產業鏈。

目前我國碳纖維產業正處於產業整合階段，現已建立起國產聚丙烯腈碳纖維技術體系， 確立了主流技術方向；初步形成了從實驗室研製到產業化的國產碳纖維研發生產平臺， 並同時建立了國產高強碳纖維應用評價、符合材料製備與應用體系。

從產能上看，我國碳纖維產能 2006 年至 2009 年增速較快，在經歷 2010 年增速觸底 後，2011 年至今，我國碳纖維產能始終保持穩定增長。受國內中復神鷹、吉林精功 等碳纖維生產企業千噸級生產線建成投產以及吉林化纖等企業原絲產能提升影響，我 國碳纖維理論產能在 2017 年同比大幅增長 44%，達到 2.60 萬噸。在未來 2-3 年中， 碳纖維生產廠商仍有多條千噸級生產線將陸續建成，我國碳纖維理論產能預計仍將保 持較快增長態勢。隨著中國在碳纖維領域投入的不斷增大，中國碳纖維產量佔世界份 額也不斷提高。

從產量上看，據中國化纖工業協會統計，2010 年至 2014 年期間，我國碳纖維產量 從 1500 噸增至 3200 噸，增長了 1 倍，年均增長 20.9%。據測算，近年來我國碳纖 維產量保持較快的增長速度，2015 年我國碳纖維產量約為 3840 噸，2017 年產量已 經提升至 7000 噸左右。

近年來在國家相關部委的推動下，我國碳纖維產業在產業化和規模化發展方面取得了 重大突破。從 2014 年開始，中國市場的碳纖維產業進入前所未有的新的發展階段， 在我國完整的碳纖維研發鏈條下的碳纖維工程化研發出現了加速發展的勢頭，初步形 成了以山東、江蘇和吉林等地為主的碳纖維產業聚集地，培育了威海拓展、中復神鷹 和江蘇恆神等碳纖維生產骨幹企業和一批碳纖維複合材料及製品企業。

目前我國已經攻克了國產 T300 級碳纖維、國產 T700 級碳纖維和國產 M40 石墨纖維 的工程化和應用問題，解決了以上這 3 種材料的有無問題；突破了國產 T800 級碳纖 維和國產 M40J 石墨纖維的關鍵製備技術，實現了工程化生產，主體力學性能達到東 麗 T800 碳纖維和 M40J 石墨纖維水平；突破了國產 T1000 碳纖維和 M50J、M55J、 M60J 石墨纖維實驗室製備技術，具備開展下一代纖維研發的基礎。

2016 年 2 月 15 日，中國突破日本管制封鎖研製出高性能碳纖維。2019 年 2 月，中 復神鷹再立新功，T1000 級碳纖維取得突破性進展，中國完全自主研發的百噸級 T1000 碳纖維生產線已實現投產且運行平穩。這標誌著我國高性能碳纖維再上一個新 臺階，邁入了向更高品質發展的新時代。使用碳纖維作為關鍵材料的六代機，在未來 非常值得期待。

近日，中國在 T-1000 級超高強度碳纖維領域的研究取得了重大突破。中國科學院山 西煤炭化學研究所研究員張壽春團隊所製備的聚丙烯腈基超高強度碳纖維順利通過 驗收，並成功開發聚丙烯腈基新型中空碳纖維。這些技術長期被日本和美國公司壟斷， 特別是 T-1000 及其以上級別的超高強度碳纖維更是高端產品，是對我國封鎖的重中 之重。此次取得的研究突破將有助於我國高性能碳纖維多品種、系列化發展，對於結 構輕量化和多功能化應用具有積極意義。同時這對於我國飛機碳纖維行業具有非常重 要的意義，是提高國產武器裝備性能的重要物質基礎之一。

3.2 實現碳纖維產業化的企業仍然稀缺

雖然我國碳纖維進口替代空間以及應用市場空間巨大，但這並不等同於潛在訂單，行 業的健康發展還是要回歸到以市場為主導。目前碳纖維行業內還存在各種問題，實現 產業化的企業仍然比較稀缺。

碳纖維企業包括兩類，一類是真正的碳纖維生產企業，多數則是碳纖維複合材料製品 生產企業。這兩類企業的生存環境截然不同，前者需要巨額投資，且影響參數眾多， 運行參數隨所用設備和原材料而變，無可借鑑的經驗，往往運行數年，仍無法生產出 滿足用戶要求的產品，正是這類企業面臨著破產的危機。後者相對而言投資較少，通 常可以在較短的時間內即可生產出滿足用戶要求的複合材料製品，達到收支平衡，進 而盈利。

其次對國內的碳纖維生產廠家生產，按所採用的技術路線可把現有的生產線分為三類， 這三類技術路線所建立的生產線各生產不同的產品，用於不同的工業領域，互相間不 可能兼顧。

2017 年國內主要的碳纖維企業中 2017，產能千噸以上有 7 家公司，產能在 500-1 000 噸之間有 4 家公司，產能在 100-500 噸之間有 7 家公司。而且 7 家千噸級碳纖維企 業的理論產能已經佔到全國的 84. 8%，產業十分集中。通過分析這幾家企業的項目 收益，可以發現，基本上所有的碳纖維企業都要經歷以下五個階段：建設期、試生產 期、穩定期、達標期、滿意期。

從建設期開始到產品達標的周期長短是檢驗碳纖維投資項目成敗的重要標準。目前國 際水平基本是 12-14 個月，這個產品達標的含義是：不僅包含生產線 A 等品的比例 ( 90%以上) ，還包含產品的預計成本達標(其中，資本投入、能耗消耗、原絲得率、 人工消耗均要達標) 。這個「達標周期」，可以成為一個單位工程能力與效益的評價指 標。在任何一個行業，只要技術沒有達到天花板，均存在: 利用技術重大創新機遇的 商機。所以在項目投入之前，投入足夠的資金和提高技術水平是十分必要的。

但並不是我們將碳纖維量產後就能實現產業化，國產碳纖維產業化鏈條離不開下遊產 業複合材料產品的產業化。碳纖維複合材料得到大量應用的領域例如，體育休閒、航 空航天，風電葉片，都是國外碳纖維廠商拔得頭籌。那是因為所有這些領域的複合材 料產品都是首先由國外廠家設計和製造出來，下遊複合材料產業化，對於原材料的需 求就會為上遊企業創新提供源動力，因而當下複合材料所需的碳纖維的標準也都是國 外製定的。

在當下國外碳纖維企業領先的局面下，國產碳纖維進入的首要條件必須在把性能做到 與國外基本相當後還必須打價格戰。在此背景下，碳纖維廠商只能立足於自身改進工 藝，提高性能，降低成本。想要實現這一目標，國產企業就必須經歷長期的準備階段， 這個階段需要投入大量的人力物力財力，而且結果可能不一定是你所預期的那般。

目前國內碳纖維企業生產碳纖維的成本普遍都高於 140 元/kg，不虧本經營的唯一出 路是成為航空航天行業的供應商，這也是本世紀初眾多投資商投資碳纖維企業的初衷。 由於成為航空航天產品供應商的門檻、需求量的限制以及進行型號鑑定的機遇，只有 少數（2~3 家）企業有幸進入了該領域供應商的行列。所以大多數碳纖維產業都需要 尋找其它出路。

出路有如下四條：

對碳纖維進一步加工，以織物與預浸料出售，提高其價值，這也是像臺麗這樣的 企業所走的道路。但是臺麗的產品性能與價格基本上是業界的標杆，並已佔據了 現有的國內市場，要想從中分一杯羹，只能打價格戰。

製成製品，提高其價值。對於目前消耗一萬多噸的國內民品市場，已經有眾多的 碳纖維複合材料製品生產企業，碳纖維生產企業用性能遜於國外的纖維採用類同 的設計與製造工藝生產出的製品與它們競爭，只能是以卵擊石。錢雲寶先生經常 說：「大家都能做的我不做」，大概就是這個道理。

開闢新的碳纖維複合材料應用領域，風電葉片是目前增長最快的應用領域，由於 梁板拉擠成型的出現，碳纖維用量急劇增加，但目前這一技術是由 VESTAS 採 用臺麗的溼法大絲束碳纖維（III 類生產線）開發的，而且產品附加值比較低（原 材料成本佔比近 50%）其他碳纖維企業如果要進入這一領域，只能購買臺麗或 其他國外的碳纖維進行加工，結果碳纖維用量的增加基本上與國產碳纖維無關， 也就與國產碳纖維產業化無關。據說有人正在利用國產溼法大絲束碳纖維研發風 電葉片用梁板，如果研發成功，確實是國產碳纖維產業化的一個機會。

對國內碳纖維生產企業最後的機會只能是尚未出現定型產品，但未來可能會大量 使用碳纖維的工業領域。表 7 中列出了壓力容器（包括氫燃料儲氣罐）、軌交和 汽車領域以及其他有輕量化需求的應用領域，這些領域的應用前景已經明朗，由 於成本和其他一些因素，尚未出現被市場接受的「買得起複合材料產品」。

在國產碳纖維性能略低於國外碳纖維的當下，只能進入低端複合材料市場，當然只能 賣「白菜」價。說到底，因為我們不掌握複合材料製品的核心技術，只能遵從國外廠 商制訂的材料規範，國產碳纖維沒有任何發言權。在這種情況下，國產碳纖維廠商的 唯一出路就是按照國外的碳纖維材料規範，生產符合其要求的產品，並儘可能降低成 本。打破僵局的方式就是主動掌握碳纖維複合材料製品的開發權，按照國產碳纖維實 際達到的性能和用戶對產品的性能要求，設計和製造出全壽命成本優於其他結構材料 的複合材料製件。

為突破國外嚴格的技術、裝備封鎖，加快本國碳纖維的產業化進程和應用市場開拓， 中國碳纖維企業還要堅持不懈地鑽研。