固体力学学报
    主页 > 综合新闻 >

碳纤维的大时代前夜

以风电应用为例,按照维斯塔斯内部的统计,使用碳纤维的拉挤工艺相较于传统的全玻纤主梁,叶片成本上升10%左右,但是减重效果达到了40%,因而发电效率更高。2021年的风电装机总量是3万台,如果全部都能使用拉挤工艺,需要用到12-15万吨碳纤维,将超过2021年全球碳纤维的整体市场规模。

碳碳复材的需求增长,则主要源于光伏单晶硅炉内的碳毡功能材料和坩埚、保温桶、护盘等。在碳中和政策的推动下,国内光伏企业隆基、晶科、中环、晶胜机电、晶澳大量采购单晶硅炉增进了对碳纤维的需求。

过去几年,正是碳纤维制造成本的不断下降,使得其在广阔的民用领域规模化应用成为可能。根据海关总署公布的进口碳纤维平均价格,2011-2012年进口碳纤维平均单价最高为3.5万美元/吨,而截止到2020年进口碳纤维平均单价持续下滑,最低至约1.5万美元/吨,期间碳纤维单价降幅超过50%。

提及碳纤维,很多人惯性想到的是日本产品。日本拥有著名的东丽、东邦和三菱3家顶尖公司,他们代表了世界碳纤维行业的最顶级技术水平。

碳纤维材料在过去多年难以大规模应用,产品价格昂贵是最核心的原因之一。价格昂贵与应用有限互为因果:售价昂贵导致下游使用较少,使用较少导致下游厂商无法顺利扩产。

此前,国内绝大部分碳纤维企业都经历过长期煎熬——试生产与稳定期阶段生产出的产品难以达标。在行业的高速成长期,谁能够快速扩产、并完成产品达标,就有望享受更多市场红利。这更多地取决于碳纤维企业的生产工艺水平与技术积累。

时至今日,尽管有国家政策的大力扶持,但国内在碳纤维的质量、技术和生产规模上与国外仍有不小差距,特别是高性能碳纤维技术仍被发达国家所垄断。

自1942年杜邦公司发明聚丙烯腈(PAN)纤维技术的很多年间,碳纤维一直是一种贵族化的材料,素有“黑色黄金”之称。

包括新能源车行业也一直在期待碳纤维价格下降到合理区间,可以用来减少自重、提升续航。

2015年-2021年,碳纤维行业国产化率由15%逐渐提升至47%,产能已经占到全球市场约21%的份额。国海证券测算,2025年国内碳纤维需求有望达到15.9万吨,对应市场空间232亿元,已经超过了2021年全球碳纤维的整体市场规模。

只有进入到广阔的民用大市场,碳纤维才能摆脱“高冷”的面貌。

虽然产品价值低,但风电、压力容器等工业领域却以旺盛需求拉动了整个碳纤维市场的增长。这也从另一侧面说明,只有进入到广阔的民用大市场,碳纤维才能摆脱“高冷”的面貌,真正打开未来成长的空间。

不过尖端技术对于国内碳纤维企业快速崛起、占领市场并不是很大的障碍。如前文所言,虽然军工、航空等领域的碳纤维性能更强,价格是普通民用碳纤维的数倍,但其应用规模较小,市场容量有限,企业只能曲高和寡。

但也正是因此,一旦碳纤维在民用大市场找到核心应用?,下游需求很容易迅速引爆,带动市场规模高速扩容。

需要注意的是,按照不同的用途,碳纤维的品类也分为宇航级和工业级两类,两种碳纤维价格相差高达4.29倍。前者是小丝束,价格高,主要应用于国防工业、高技术、以及体育休闲用品;后者是工业级大丝束,价格低,主要应用于土木建筑、交通运输和能源等行业。

过去两年,碳纤维市场繁荣的主要驱动力就来自于风电叶片与碳碳复材,两者都是民用领域(相对军工领域)。根据机构赛奥碳纤维的数据,2021年全球碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片28%、体育休闲16%、航空航天14%,国内碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片36%、体育休闲28%、碳碳复材11%。

碳纤维在风电领域的规模化应用,主要归功于风电整机龙头维斯塔斯。作为世界排名第一的风力发电设备生产商,维斯塔斯在风电领域创新性的使用大丝束碳纤维,促进了风电领域碳纤维需求的快速增长。

因此在民用领域的竞争,碳纤维企业比拼的关键在于生产工艺的成熟度(关系到产能利用率)和降低生产成本的能力。

它密度比铝低、强度比钢高,以出色的力学性能和化学稳定性被人们所称道,通常应用于各种高大上的航空航天设备以及昂贵的体育休闲用品:美国的小型固体洲际战略导弹“侏儒”,宝马的i3、i8以及7系主流车型,世界顶级自行车品牌土拨鼠山地自行车都使用了碳纤维。