的策略思考
■ 文/韩 冰
天津市科学学研究所
碳纤维复合材料作为《国家新材料产业“十二五”发展规划》的一个重点支持领域，正在日益受到广泛关注。碳纤维的发展在国际上可谓势头迅猛，在我国也方兴未艾，但在天津却几乎是空白。面对迅速增长的市场需求，天津如何发展碳纤维复合材料，成为天津利用新材料提升改造传统产业、发展高端产品的一个重要问题。本文运用行业分析理论中较为典型的钻石模型，结合天津的发展现状，通过对国内外和天津本地碳纤维产业发展的问题进行阐述和分析，为天津发展碳纤维复合材料提出策略选择。一、问题的提出 国家新材料产业“十二五”规划
明确提出，高性能复合材料是新材料
产业发展的重点之一，也是国家新材
料产业的支持重点。碳纤维复合材料
是高性能复合材料中最为常用的一
种，其应用领域正在从传统意义上的
军用不断向民用扩展，并积极与战略
性新兴产业相结合。因此，发展碳纤
维复合材料，提升改造传统产业已成
为当前国家新材料产业发展的一项
艰巨任务。
从产业链看，碳纤维生产包括原
丝加工、预氧化和碳化、材料合成和终
端产品应用等几个环节。其中原丝加
工是关键技术最多、成本最高的环节，
约占碳纤维生产成本的50%～65%，
这一环节的技术主要被日本、美国等
发达国家所垄断。我国由于尚未完全
掌握原丝加工的核心技术，因此原丝
质量远不如日美等发达国家，导致产
品性能达不到要求，产业更多集中在
材料合成和终端产品环节。
从市场需求看，民用领域对高性
能碳纤维的需求日渐升温。对天津而
言，航空航天、大型风力发电叶片、高
速列车、深井采油设备等都将成为未
来碳纤维应用的主要领域，甚至民用
汽车、纺织机械、压力容器、医疗器械等都会成为碳纤维的潜在市场。面对如此广阔的市场前景，天津发展碳纤维复合材料，对于提升改造传统产业、发展高端产品、促进天津产业和产品结构的转型升级有重要意义。
二、国内外碳纤维行业发展的特点
1.国外碳纤维行业发展特点
（1）起步早，发展快，需求增长迅速国外碳纤维的生产始于20世纪60年代，其制备工艺技术已日趋成熟。碳纤维性能的提高及其应用领域的拓展带动了全球碳纤维需求量的跃升。全球碳纤维产值在2004-2008年一直保持2位数增长，且呈现出供不应求的局面。尽管2008年金融危机的爆发使得全球碳纤维市场出现了一些波动，但近年来又显现出了稳步增长的态势，2012年全球碳纤维需求超过4万t。根据美国J E C复合材料杂志的分析与预测，2015年全球碳纤维需求量约7万t（详见图1）。从区域上看，碳纤维的市场需求在北美、欧洲、亚洲基本上呈鼎足之势。
（2）应用领域加速向民用和新兴产业扩展
碳纤维最早用于军工和航空航天产业，后来逐渐延伸到渔具、网球拍等体育用品。随着碳纤维产品性能趋向于高性能化，高性能T700型碳纤维正在加快取代普通的T300型通用级碳纤维民用工业用量增幅有后来居上之势，增幅超过了航天航空和文体用品领域。据2011年在华盛顿召开的全球碳纤维会议发布的数据显示，目前全球碳纤维应用领域需求按行业划分分别为：航空航天约占17%、体育休闲约占16%、工业应用（包括风能和汽
车）约占67%，碳纤维向民用转化的
趋势愈发明显，图2是国际碳纤维在
这3大领域的需求情况，从中也能很
好地体现这一点。目前日本、美国正
在积极开发清洁能源车辆、土木建筑
工程、近海油田勘探生产、风力发电
机大型叶片等碳纤维复合材料的新
市场，必定能够推进全球碳纤维复合
材料与新兴产业的有机结合。
（3）产业链一体化基本形成，龙头
企业实现全球化布局
世界碳纤维领域的龙头企业主
要有日本的东丽工业株式会社（以下
简称“东丽”）、东邦化学工业株式会社
（以下简称“东邦”）、三菱人造丝公司
（以下简称“三菱人造丝”），美国的卓
尔泰克（Zoltek）、赫克赛尔（Hexcel）、
氰特化工（C y t e c），德国的西格里
（S G L）等公司。这些大企业纷纷实现
从原丝到下游复合材料一体化的配套
产业链，并基本实现了全球化布局，成
为碳纤维复合材料领域的国际跨国巨
头。如日本东丽公司在全球21个国家
开展了业务，在我国的上海、南通等地
设立了分支机构；德国S G L在全球拥
有48个生产基地，并在德国、美国等
国家设立了碳纤维试验工厂。
（4）日本始终占据全球碳纤维市场
垄断地位
日本集中了世界碳纤维领域的多
家龙头企业，也使得碳纤维工业成为
了该国10大高技术产业之一。早在20
世纪60年代，日本东丽公司开始从事
碳纤维制造，并在随后10余年先后生
产出T300、T700和T800级碳纤维，尤其在20世纪80年代中期生产的高性能T1000型碳纤维，抗拉伸强度已达7.02G P a。日本的东丽、东邦、三菱人造丝这3大全球碳纤维巨头的市场份额占全世界的70%。
2.国内碳纤维行业发展特点
（1）起步不晚，但发展缓慢
我国碳纤维研究也有50年的历史。北京化工大学、上海合成纤维研究所、中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称“中科院山西煤化所”）等高校和科研机构都开展了研究工作。其中，中科院山西煤化所在20世纪70年代中期建成了我国第1条碳纤维中试生产线，在20世纪90年代中期又建成我国第1条吨级粘胶基碳纤维生产线。但是，我国碳纤维的研发总体发展缓慢，总生产能力甚至不及发达国家的一家公司。
（2）近10年研发取得重大进展，但仍未形成规模
我国碳纤维的研发也曾尝试引进国外先进技术或与国外合作开发，但均以失败告终。直到近10年，我国碳纤维研发才取得了重大进展。低性能T300型碳纤维产品已实现了全流程国产化；T700级国产碳
纤维完成中试并实现小批量应用。但我国目前已建的碳纤维年生产能力仍然只有8542t，尚不及日本东丽公司产能的一半，图3展示了2011年我国和全球主要碳纤维生产商产能对比情况。另外，我国的碳纤维生产没有形成规模化产业，绝大部分产品仍需从国外高价进口，而且我国所生产的碳纤维产品还主要是低性能产品。
（3）龙头企业规模小，主要集中在合成和应用环节
与国外相比，我国碳纤维生产商规模较小，表1是国内主要的碳纤维
企业产能情况。即使是中复神鹰碳纤
维有限责任公司、江苏恒神纤维材料
有限公司等国内龙头企业，现有年生
产能力也不过2000～3000t。我国的
碳纤维主要占据产业链上的材料合成
和终端产品应用2个环节，而在碳纤
维核心关键技术研发和高温碳化技术
图3 2011年国内（不含港澳台）和全球主要碳纤维生产商产能对比
公司名称2011年已建能力在建能力计划建设中钢集团吉林炭素股份有限公司125002000吉林化纤股份有限公司115—1000
大连国瑞炭材料有限公司36014002400
沈阳中恒新材料有限公司6005005000中国地方志指导小组
吉林市吉研高科技纤维有限责任公司100500—鄂尔多斯市亚欣碳纤维有限公司—100010000邯郸市硅谷新材料有限公司512001200河南煤业化工集团有限责任公司—100—威海拓展纤维有限公司1150110010000山西恒天纺织新纤维科技有限公司——500西安康本材料有限公司30—500
兰州蓝星纤维有限公司350370010600中复神鹰碳纤维有限责任公司2500200010000
江苏恒神纤维材料有限公司3000—6000
中国科学院山西煤炭化学研究所扬州
碳纤维工程技术中心
20—100常州中简科技发展有限公司200——
中国石化上海石油化工股份有限公司—5001500浙江泰先新材料股份有限公司—100—
广州金发科技股份有限公司—1002000
表1 国内部分碳纤维企业产能情况 t
上，显得非常薄弱，而且我国所生产的碳纤维仍以低性能的T300碳纤维为主，对于高性能T700碳纤维而言，目前只是完成了中试，产业化进程尚待时日。
（4）关键技术和制备工艺突破不足，产品质量低
我国的碳纤维企业目前尚未掌握完整的碳纤维关键技术，导致原丝品质低，产品质量不稳定，纯度、强度以及均质化与技术领先国家差距甚远，特别是高性能碳纤维技术由于长期以来用作军工，更是被西方发达国家垄断和封锁。此外，我国在耐高温材料及大型高温炉方面也受制于人，这也是生产高性能碳纤维的瓶颈。国产碳化炉发热体——碳化硅服役温度最高仅达1400℃，高温环境下的抗负荷强度低，无法适应大尺寸规模化碳化炉发展的需求，难以实现1500℃最佳工艺要求。国外选用高纯石墨材料1800℃以上的高温碳化炉，却严格限制将该设备出口到我国。
三、天津碳纤维复合材料发展的环境分析
通过下文分析国内外碳纤维发展现状，结合天津市的发展实际，运用波特的钻石模型，对天津碳纤维复合材料的发展环境加以分析。
1.要素条件
波特的竞争优势理论将要素条件分为一般要素和专业要素，其中专业要素包括专业研发机构、专有技术及相应的设备、高级专业人才等。如果要依托要素条件来建立行业的竞争优势，就必须重视和发展专业生产要素，而且越是高技术产业越需要优质专业要素的支撑。作为新兴的高技术行业之一，专业要素对于碳纤维复合材料
行业的竞争优势构筑尤为重要。而天
津在这方面，尽管有一定的发展基础，
但仍存在很大的不足。
（1）有一定的研发机构和研究基础
天津在碳纤维领域也不乏知名的
研究机构。天津大学材料学院拥有材
料复合与功能化教育部工程研究中心
和天津市材料复合与功能化重点实验
室等，重点开展对碳纤维工艺的改进
和增强等研究。天津大学开展了用催
化法合成中间相沥青，制备中间相碳
纤维。天津工业大学复合材料研究所
目前已研制出碳纤维材料应用的第1
代和第2代产品，并从工艺技术上掌
握了第3代产品工艺的核心技术；还
大胆爱小心偷
曾主持了以碳纤维为基础材料的“卫
星空间桁架结构用三维编织复合材料
整体连接件”项目，为我国月球探测卫
星“嫦娥一号”顺利升空作出了巨大贡
献；2011年天津工业大学复合材料研
究所又联合经纬纺织机械股份有限公
司、北京航空制造工程研究所等多家
单位共同参与国家科技支撑计划课题
“碳纤维多层角联机织装备及技术”，
将为我国航空航天、新能源汽车、高端
自行车等产业的战略发展提供有力技
术支撑。
（2）尚未完全掌握核心技术
高三数学导学天津乃至我国都没有完全掌握碳
纤维的关键技术，特别是原丝生产和高
温碳化等方面仍然受制于人，因此整个
国内产品的性能都远低于国外产品，而
制备成本则远高于国外同类产品，甚至
高于同等品质日本公司产品的价格。以
T300型碳纤维为例，我国目前生产成本
最少200元/kg，而日本公司的市场销
售价则只有160～170元/kg。
2.需求状况
在碳纤维复合材料的几个主要
应用领域中，天津表现出较好需求的
态势。如在航空航天领域，碳纤维复合
材料主要用来制作飞机部件；在自行
车行业里，天津富士达集团有限公司
等企业与天津工业大学复合材料研究
所合作开发了碳纤维高档自行车及配
件；在纺织领域，以天津工业大学复
合材料研究所为龙头，开展了碳纤维
材料应用的多项新产品，并得到较好
的应用；在燃料电池领域，碳纤维纸
作为导电材料也已开始在氢能源燃料
电池的研发项目中有所应用。
随着滨海新区的开发开放，一批
重大项目纷纷落户天津并投产。这些
项目涉及航空航天、汽车制造、高端装
备制造、新能源等，如“大飞机”、
“大火
箭”、新能源汽车制造、船舶制造加工、
风能发电基地、自行车产业集等。这
些项目的实施也为碳纤维复合材料在
天津的发展创造了用武之地。
星空下的记忆
尽管天津有着较好的碳纤维应用
市场，但受生产成本和价格因素影响，
除了少数行业和企业将碳纤维作为终
端产品的原料外，碳纤维在天津的应
用还处于起步阶段。加之现在天津几
乎很少有从事碳纤维复合材料制造的
企业，现有的基础根本就满足不了对
碳纤维日益增长的需求。可见，碳纤维
在天津的应用领域非常广阔。
3.相关产业和支持产业
一个优势产业不会单独存在，它
的发展一定是同国内相关强势产业一
同崛起。产业要形成竞争优势，就不能
缺少上下游产业的密切合作关系。这
里对图4所展示的碳纤维相关产业和
支持产业进行分析。
从终端产品的应用领域看，碳纤
维复合材料在天津有着广阔的市场。
2012年，空客同天津签订了空客A320
系列飞机天津总装线二期合作框架协
议。为适应航空器轻型化的趋势，新机
型的制造研发将对碳纤维的需求日渐增大。除了航空航天之外，风电、新能源汽车、医疗器械等天津
优势行业也快速发展，新兴产品的推广必将衍生出对碳纤维复合材料的大量需求，碳纤维也将通过切入零部件制备而与新兴产业能够有很好的融合。而在碳纤维制备环节上，天津缺乏碳纤维的原丝生产和碳化的技术、工艺和关键设备。我国吉林、辽宁等地碳纤维生产方面有一定的基础，自主研发了碳纤维生产的关键技术和高温碳化设备，并形成了生产线，但与国外相比整体水平还非常落后，更多的研究还停留在对低端产品的摸索上。
此外，环保产业作为相关产业之一，对碳纤维的发展更多地起制衡作用。碳纤维的生产制造环节是一个高污染、高能耗、高投入的过程，同时碳纤维制品严格的使用寿命和更新周期也使得大量废弃碳纤维的处理成了难题。这对于天津走新型工业化道路、建设生态宜居高地而言是背道而驰的。
从全球来看，德国、西班牙等发达国家
积极开展了碳纤维回收利用和碳纤维
制备废物处理设备。因此，如何借助天
津环保产业的优势，打造碳纤维全产
业链的绿制备，减少碳纤维制造对
环境的污染，成为一个重要问题。
4.企业结构及其竞争状况
应激反应
天津生产碳纤维材料的企业数量
微乎其微，规模也不大，与国内外大型
企业相比没有什么竞争优势。尽管也
有美国Hexcel、瑞士固瑞特等外资企
业在天津投资，分别面向波音飞机和
风电叶片提供碳纤维复合材料，但这
些企业更多处于产业链后端的成型加
工上，为终端产品提供配套材料。在碳
纤维原料的制备上，包括原丝加工、预
氧化、碳化等环节的产品仍靠进口。
除了企业规模之外，天津乃至整
个国内碳纤维在产品在质量和价格上
都不具竞争力。受技术不成熟、装置不
稳定等因素影响，国内的碳纤维产品
上海电气商和网
不但价格高，而且集中在通用、基础和
低档次品种上，在产品品质和性能上
几乎无法同进口产品竞争。而进口碳
纤维由于性能稳定、价格低廉，得到更
多国内用户的推崇。航空航天等事关
国计民生的领域，对产品质量的要求
更高，国产碳纤维目前尚达不到这些
要求。为了能够保证成品的质量和性
能，企业只能选用进口碳纤维。例如天
津波音复合材料有限公司，选用的原
料都是从国外进口，只是在本地做加
工配套。这种进口产品的替代效应，造
成天津和国内碳纤维制造企业长期处
于亏损状态。
5.辅助因素——政策和机遇
政府的政策和产业发展的机遇
对行业发展至关重要。碳纤维复合材
料是国家在“十二五”期间重点支持的
领域。国家《新材料产业“十二五”发展
规划》指出：加快发展碳纤维等高性
能增强纤维开发新型超大规格、特殊
结构材料的一体化制备工艺，发展风图4 碳纤维的相关和支持产业
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