中復(fù)神鷹碳纖維有限公司發(fā)展歷程

4 全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)

4.1 根據(jù)基體材料分布

幾乎所有的碳纖維原料都將進(jìn)一步加工成復(fù)合材料來(lái)使用。加工的方法就是將纖維嵌入的不同的基體中再發(fā)揮其性能，使之成為一種具有獨(dú)特性能的新材料。除了許多其他優(yōu)點(diǎn)外，碳纖維復(fù)合材料在輕量化設(shè)計(jì)方面具有特別高的潛力。根據(jù)使用環(huán)境的不同，各種金屬基體（金屬基復(fù)合材料，MMC），陶瓷材料（陶瓷基復(fù)合材料，CMC），或碳（碳纖維增強(qiáng)碳，碳/碳復(fù)合材料）都可以作為復(fù)合材料的基體材料。

然而，大多數(shù)復(fù)合材料都是由聚合物基體（碳纖維增強(qiáng)聚合物，CFRP）和纖維材料組合而成的。圖5描述了一個(gè)CFRP所用基體材料的需求量和數(shù)量明細(xì)。CFRP最大的市場(chǎng)板塊一般（按成交量統(tǒng)計(jì)）根據(jù)所使用的聚合物基體來(lái)劃分。下面通過(guò)所提供的數(shù)據(jù)，來(lái)對(duì)成交量進(jìn)行更詳細(xì)的描述。

顯然，根據(jù)交易額（約13億美元；70%）和消耗量（約109.6kt；86.5%），大多數(shù)的碳纖維都應(yīng)用于CFRP中。熱固性樹(shù)脂體系在CFRP市場(chǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位（大約有71.5%，約9.46億美元）。然而在過(guò)去的幾年中，熱塑性樹(shù)脂所占的比例從2014年（約24%）開(kāi)始穩(wěn)步增長(zhǎng)，2015年達(dá)到25%，2016年達(dá)到26.3 %。其他聚合物基體材料的市場(chǎng)份額目前仍非常小，雖然在未來(lái)，彈性體領(lǐng)域-例如鉸鏈無(wú)彈性連接元件或可變型的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)組件-可能會(huì)引起興趣。非聚合物基體復(fù)合材料占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)的20%，并由此產(chǎn)生了較高的交易額。這主要是因?yàn)檫@類(lèi)復(fù)合材料主要應(yīng)用在比較單一的場(chǎng)合（如航空航天），而且這些場(chǎng)合都需要花費(fèi)特別昂貴的費(fèi)用。

總的看來(lái)，2016年全球碳纖維復(fù)合材料的需求約126.7kt，對(duì)應(yīng)的總交易額約19.31億美元。相比前一年（116.5kt；17.9億美元），需求量增加約7.88%，交易額增加約8.76 %。

圖5按需求（上圖）和成交額（下）計(jì)算的全球碳復(fù)合材料市場(chǎng)分布（09/2017）。

根據(jù)不同基體劃分，在需求量上：聚合物79.5%，10.07萬(wàn)噸；陶瓷7.5%，0.95萬(wàn)噸；碳4%，0.51萬(wàn)噸；金屬1.5%，0.19萬(wàn)噸；混合和其他7.5%，0.95萬(wàn)噸。

根據(jù)不同基體劃分，在成交額上：聚合物68.5%，132.3億美元；陶瓷8.5%，16.4億美元；碳13.5%，26.1億美元；金屬4%，7.7億美元；混合和其他5.5%，10.6億美元；其中熱固性占比71.5%，94.6億美元；熱塑性占比26.3%，34.8億美元；混合，人造橡膠和其他占比2.2%，2.9億美元。

4.2 全球碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展

如圖5（原文如此，有錯(cuò)誤？）所示，CFRP目前代表了碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)中最主要的部分。這種材料組合-基于其優(yōu)良的輕量化設(shè)計(jì)潛力-將被視為一個(gè)未來(lái)幾年必不可少的行業(yè)內(nèi)增長(zhǎng)引擎。相應(yīng)地，全球2016年 CFRP需求量約10.1萬(wàn)噸，而今年，10萬(wàn)噸CFRP需求量的基準(zhǔn)已經(jīng)明顯被超越。這相當(dāng)在前一年（91kt）的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)了約10.99%。這導(dǎo)致了在年增長(zhǎng)率（CAGR）方面，從2010年到現(xiàn)在，每年增長(zhǎng)約11.98 %。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，CFRP還會(huì)有介于10%-13%之間的，兩位數(shù)的增長(zhǎng)。

CFRP在2016年的全球總交易額約13.23億美元，在前一年（11.6億美元）的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)了約14.05%。

圖6 全球CFRP需求量估計(jì)（按噸數(shù)計(jì)算，從2010年到2022年）

全球CFRP需求的發(fā)展與CF市場(chǎng)基本相似（見(jiàn)圖1）。這在很大程度上是由于CFRP板塊在CC（碳復(fù)合材料）工業(yè)中占主導(dǎo)地位，大部分生產(chǎn)出來(lái)的CF也都用于CFRP板塊。我們可以通過(guò)對(duì)CF市場(chǎng)自2009年以來(lái)的增長(zhǎng)特征的觀察，來(lái)獲取CFRP市場(chǎng)板塊自2009年以來(lái)的增長(zhǎng)特征，目前這個(gè)增長(zhǎng)趨勢(shì)穩(wěn)定在10%-13%之間的兩位數(shù)的范圍。值得注意的是，在過(guò)去的幾年中CFRP的成交額增長(zhǎng)率高于CF的成交額增長(zhǎng)率。這個(gè)差異在2016年（14.05%和8.7%）變的更加明顯，可以把這個(gè)差異歸因于市場(chǎng)的自然波動(dòng)，也可以歸因于是由于CFRP的高度自動(dòng)化的成型工藝的發(fā)展。碳纖維的價(jià)格和利潤(rùn)率多年來(lái)一直保持相對(duì)穩(wěn)定。與碳纖維比較起來(lái)，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的集中性沒(méi)有那么強(qiáng)，它分散到很多企業(yè)中去加工完成，造成了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力大，利潤(rùn)空間小，但是對(duì)于促進(jìn)市場(chǎng)的快速發(fā)展非常有利。

目前，如圖中2016年呈現(xiàn)的情況，當(dāng)年的前十大CFRP企業(yè)占據(jù)市場(chǎng)份額的41.32%，41.73kt（消耗碳纖維總產(chǎn)能的87.5%）。前5大CFRP企業(yè)占據(jù)市場(chǎng)份額36.3%，36.66kt（消耗碳纖維產(chǎn)能的69.3%）。然而必須要注意的一點(diǎn)是，CF的市場(chǎng)數(shù)據(jù)是基于Fenix理論上的CF工廠的生產(chǎn)能力得到的，而CFRP的市場(chǎng)數(shù)據(jù)是在需求量的基礎(chǔ)上確定，其產(chǎn)能和需求量之間沒(méi)有真正的相關(guān)性，所以當(dāng)CFRP市場(chǎng)與CF市場(chǎng)比較時(shí)，由于其市場(chǎng)結(jié)構(gòu)完全不同，市場(chǎng)集中度明顯較低，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的規(guī)模也較大，直接來(lái)比較這些數(shù)據(jù)是沒(méi)有什么意義的。

4.3 碳纖維復(fù)合材料需求按區(qū)域成交量分布

2017年9月預(yù)估全球碳纖維復(fù)合材料的需求量為12.67萬(wàn)噸。圖15和圖16預(yù)估這個(gè)領(lǐng)域一共將產(chǎn)生19.31億美元的交易額。所有亞洲區(qū)域（包括太平洋區(qū)域和日本在內(nèi)）的數(shù)據(jù)也都包含在內(nèi)。

圖6 全球碳纖維復(fù)合材料需求及所占比例（07/2017）

如圖6所示，根據(jù)不同區(qū)域劃分為：北美4.77萬(wàn)噸，38%；歐洲4.39萬(wàn)噸，34%；亞太地區(qū)（包括日本）3.03萬(wàn)噸，24%；其他地區(qū)0.48萬(wàn)噸，4%。

圖7 全球碳纖維復(fù)合材料交易額（07/2017）

如圖7所示，2017年9月預(yù)估碳纖維復(fù)合材料的總交易額為193.1億美元。根據(jù)不同區(qū)域劃分為：北美62億美元，32%；歐洲60億美元，31%；亞太地區(qū)（包括日本）55億美元，29%；其他地區(qū)15億美元，8%。

可以看出，碳纖維復(fù)合材料地區(qū)的全球營(yíng)業(yè)額在三個(gè)地區(qū)之間的分布幾乎相等。這種分布與圖13所示的全球碳纖維需求有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這是因?yàn)閹缀跛猩a(chǎn)出來(lái)的碳纖維都用于制造碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng)與CF市場(chǎng)需求量相比，不僅增長(zhǎng)總量相似，而且對(duì)其需求的區(qū)域細(xì)分也非常類(lèi)似，參照前一年的需求量，亞洲地區(qū)有了13.06 %的強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)（2015：26.9kt），其他地區(qū)也有7.67%（北美；2015：44.3kt）和7.8 %（西歐；2015：40.8kt）的顯著增長(zhǎng)。其余國(guó)家和地區(qū)的增長(zhǎng)率大約為4%（2015：4.6kt）。如圖13和圖14所表明的那樣，這一發(fā)展趨勢(shì)主要?dú)w因于整個(gè)亞洲碳市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，2016年，一些大的碳纖維生產(chǎn)商已在各自相關(guān)國(guó)家有了比較大的碳纖維生產(chǎn)能力，這些能力顯然超出了它們國(guó)家自身的要求。基于這種現(xiàn)實(shí)情況，隨著時(shí)間的推移，國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)合材料原材料的需求只會(huì)有所增加。除此之外，還有強(qiáng)有力的政府項(xiàng)目支持，如韓國(guó)政府（東北亞經(jīng)濟(jì)中心）的與之相關(guān)的活動(dòng)-例如Hyosung宣布的投資計(jì)劃等。此外，經(jīng)濟(jì)保護(hù)措施也可能導(dǎo)致未來(lái)的亞洲地區(qū)碳纖維制造企業(yè)，通過(guò)戰(zhàn)略協(xié)作伙伴關(guān)系解決國(guó)內(nèi)產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題或形成利益共同體。有鑒于此，預(yù)計(jì)CFRP這一布局分布在接下來(lái)的幾年中將會(huì)繼續(xù)深入下去。

4.4碳纖維復(fù)合材料需求的分布-按應(yīng)用成交量

2017年全球碳纖維復(fù)合材料的年需求量約126.7kt，與之相關(guān)的交易額約為19.31億美元。圖17和圖18描述了碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的分布情況。

圖8 全球碳纖維復(fù)合材料需求量分布-按應(yīng)用領(lǐng)域劃分（09/2017）

如圖所示（2017年9月預(yù)估），碳纖維復(fù)合材料的總需求量為12.67萬(wàn)噸。根據(jù)不同應(yīng)用分布為：航空，航天（包括國(guó)防）3.793萬(wàn)噸，30%；汽車(chē)2.788萬(wàn)噸，22%；風(fēng)能1.633萬(wàn)噸，13%；體育休閑1.497萬(wàn)噸，12%；建筑0.601萬(wàn)噸，5%；其他2.358萬(wàn)噸，18%。

圖9 全球碳纖維復(fù)合材料成交額分布-按應(yīng)用領(lǐng)域劃分（09/2017）

如圖所示（2017年9月預(yù)估），碳纖維復(fù)合材料的總金額為193.1億美元。根據(jù)不同應(yīng)用分布為：航空、航天（包括國(guó)防）116.6億美元，60%；汽車(chē)24.2億美元，13%；風(fēng)能15.9億美元，8%；體育休閑13.6億美元，7%；建筑4.4億美元，2%；其他18.6億美元，10%。

顯然，與往年一樣，航空航天部門(mén)目前仍舊是碳纖維復(fù)合材料成交額中最重要的部分。盡管其碳纖維復(fù)合材料的需求量（37.93kt；30%）僅比汽車(chē)行業(yè)的碳纖維復(fù)合材料需求量（27.88kt；22%）略高，但其成交額卻占了全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)總營(yíng)業(yè)額的約60%，這是相當(dāng)高的。這主要是因?yàn)槠涓叩馁|(zhì)量要求和檢測(cè)成本，航空領(lǐng)域的貢獻(xiàn)主要來(lái)自A350、A380、B777和B787等項(xiàng)目，其增長(zhǎng)率在2015年-2016年之間維持在約8%[6][13][14]。此外，目前在太空旅行運(yùn)載火箭方面，碳纖維復(fù)合材料也很活躍。無(wú)論是falcon9（SpaceX）還是Ariane6（ESA/ASL），在設(shè)計(jì)時(shí)都參考大比例地使用碳纖維復(fù)合材料[15]。例如，Ariane6的碳纖維復(fù)合材料火箭助推器正在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，隨后由MT（奧格斯堡、德國(guó)）和AVIO（科萊弗洛，意大利）制備[16]。亞洲國(guó)家和地區(qū)也在努力擴(kuò)大自身的國(guó)家航空航天計(jì)劃。除了印度的大規(guī)模投入以外，中國(guó)也對(duì)此領(lǐng)域產(chǎn)生了濃厚興趣，例如中國(guó)商飛的C919項(xiàng)目，2017年05月已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了首飛，這將對(duì)空客A320和波音B737帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)。與此同時(shí)，太空旅行計(jì)劃也正在有力地推動(dòng)了中國(guó)自己的空間站建設(shè)。

汽車(chē)行業(yè)無(wú)論在需求量還是在成交額上，都占據(jù)了碳纖維復(fù)合材料第二大市場(chǎng)的位置，其中領(lǐng)軍企業(yè)將是BMW和SGL的合資公司。在BMW i系列項(xiàng)目中，已經(jīng)成功地證明碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車(chē)部件上是完全可能的，這也證明了通過(guò)使用碳纖維復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)（用于新能源車(chē)尤其是電動(dòng)車(chē)）的潛力非常之大。2015年，BMW i3的銷(xiāo)售接近24000臺(tái)，BMW i8的銷(xiāo)售接近5500臺(tái)，預(yù)計(jì)到了2018年，BMW i3的銷(xiāo)售將接近33000臺(tái)[17]?？梢灶A(yù)見(jiàn)，到2021年，BMW的i-portfolio將發(fā)展到新的i-next模型，其模式將非常接近BMW5er系列，并且將消除電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)能源車(chē)之間存在的差距。電動(dòng)的或者混合動(dòng)力版本的X3和MINI也將投放到市場(chǎng)，雖然在這一階段沒(méi)有完全的復(fù)合結(jié)構(gòu)車(chē)身計(jì)劃，但根據(jù)目前的觀點(diǎn)，在i系列個(gè)別組件上使用碳纖維復(fù)合材料車(chē)部件積累的經(jīng)驗(yàn)，將會(huì)被轉(zhuǎn)移到全碳纖維復(fù)合材料車(chē)身計(jì)劃中。這樣的轉(zhuǎn)移已經(jīng)在寶馬7er系列上，通過(guò)技術(shù)結(jié)合金屬件和碳纖維件的有機(jī)結(jié)合（即所謂的“碳核心技術(shù)”）得以成功實(shí)現(xiàn)，2016年，實(shí)現(xiàn)了6.4萬(wàn)臺(tái)的銷(xiāo)售量，長(zhǎng)期的銷(xiāo)售目標(biāo)有望達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)[18]。在未來(lái)幾年，Volvo也將迎來(lái)令人振奮的發(fā)展，他們的XC90，V90，S90車(chē)型將使用復(fù)合材料板簧，該板簧將用玻璃纖維增強(qiáng)材料制備。通過(guò)Benteler-SGL和Henkel之間的合作，基于高壓RTM工藝的雙組分聚氨酯樹(shù)脂體系Loctite MAX2已開(kāi)始得到應(yīng)用[19]。此外，Hyun-dai和Hyosung合作開(kāi)發(fā)的Intrado型號(hào)車(chē)（Crossover / SUV），在未來(lái)幾年對(duì)碳纖維復(fù)合材料也特別感興趣。相關(guān)的概念車(chē)模型已經(jīng)在2014展示過(guò)，該車(chē)采用了大量的碳纖維復(fù)合材料組件，其中很多組件是在axontex系統(tǒng)的幫助下，由纖維編織工藝制備的。所用碳纖維主要來(lái)自韓國(guó)的Hyosung（tansome纖維）[20][21]。根據(jù)已宣布的投資情況，該型車(chē)有望較早地進(jìn)入市場(chǎng)?？傊?015年-2016年之間，汽車(chē)行業(yè)有望達(dá)到一個(gè)12%的交易額增長(zhǎng)率和9%的需求量增長(zhǎng)率。

參照上年的數(shù)據(jù)，風(fēng)電行業(yè)也經(jīng)歷了一個(gè)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)約11.5%（成交額）和12.7 %（需求量）。原因是由于目前能源轉(zhuǎn)換的要求進(jìn)一步增強(qiáng)，以及對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電廠的興趣日益增強(qiáng)。特別是在歐洲和亞洲，人們?cè)絹?lái)越重視實(shí)現(xiàn)遏制氣候變化的目標(biāo)，而可再生能源將在其中發(fā)揮重要的作用。幾乎所有的新一代大型風(fēng)電葉片都在大量使用碳纖維復(fù)合材料，特別是在拉壓弦（專(zhuān)業(yè)詞匯？待定）部分。

根據(jù)所給的數(shù)據(jù)，這個(gè)圖標(biāo)不能將每一個(gè)領(lǐng)域都詳細(xì)的顯示出來(lái)，例如在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ谔祭w維復(fù)合材料的需求就被歸納在“其他”欄中。

圖19顯示了2022年，按應(yīng)用范圍細(xì)分，全球碳纖維復(fù)合材料需求量的預(yù)測(cè)。假設(shè)汽車(chē)行業(yè)內(nèi)部的需求增長(zhǎng)將繼續(xù)保持較高水平，那么它將在2020年底前超過(guò)航空航天部門(mén)（包括國(guó)防）的需求。也就是說(shuō)，在2020年底，約23.9萬(wàn)噸、30%的CFRP需求是來(lái)自于汽車(chē)行業(yè)。緊隨其后的三個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，受其基本配置的影響，增長(zhǎng)潛力基本一致?！绑w育休閑”和“建筑”領(lǐng)域在這里表現(xiàn)出一定程度的疲軟，因此為獲得更高份額，必須尋找新的應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)。這里應(yīng)該指出的是，理論上，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用潛力大、使用量大的領(lǐng)域是很多的，尤其是在建筑行業(yè)。因此，只要能找到幾個(gè)應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)，圖19所顯示的、略顯保守的預(yù)測(cè)就可以輕松被超越。

圖10 全球碳纖維復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)（按應(yīng)用領(lǐng)域劃分，09/2017）

根據(jù)2016年全年碳復(fù)合材料用量的12.67萬(wàn)噸和對(duì)應(yīng)193.1億美元成交額，可以簡(jiǎn)單的計(jì)算出碳復(fù)合材料的單價(jià)為152US$/kg。相應(yīng)的，根據(jù)CFRP用量的10.1萬(wàn)噸和對(duì)應(yīng)11.52億美元成交額，可以簡(jiǎn)單的計(jì)算出CFRP的單價(jià)為131US$/kg。即使這些數(shù)字的實(shí)際意義很小，但仍然可以由此獲得市場(chǎng)的總體輪廓。因此，最好的跨行業(yè)公斤價(jià)格只能在這個(gè)平均值附近的頻率分布之內(nèi)。根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)，可以確定碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)的下列特定應(yīng)用區(qū)域的成本價(jià)格：

每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的成本又是不同的，例如：航空航天（包含國(guó)防）的平均價(jià)格為307USD/kg，風(fēng)能領(lǐng)域?yàn)?7USD/kg，體育休閑為91USD/kg，汽車(chē)領(lǐng)域最低，為87USD/kg。

正如預(yù)期的那樣，航空航天部門(mén)的CFRP平均價(jià)格最高。另一方面，汽車(chē)應(yīng)用的平均價(jià)格最低的，但鑒于目前高昂的汽車(chē)價(jià)格壓力，汽車(chē)的CFRP平均價(jià)格還是出奇的高，這在一定程度上可以歸因于非常昂貴的奢侈品汽車(chē)部件的應(yīng)用。對(duì)于風(fēng)能方面則必須指出，這里所示的平均價(jià)格只描述了風(fēng)電葉片本身中的碳纖維部分，它所占的比重對(duì)于整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常小。運(yùn)動(dòng)休閑領(lǐng)域平均價(jià)格在作者的預(yù)期范圍內(nèi)。它是由大致相等的高價(jià)位領(lǐng)域（尤其是高爾夫）應(yīng)用和低成本領(lǐng)域的具體應(yīng)用（曲棍球、棍棒，滑雪板，自行車(chē)）共同構(gòu)成的。雖然上述所示的平均價(jià)格不完全可靠，但是它對(duì)各自行業(yè)的價(jià)格給出了一個(gè)概念性的指導(dǎo)，與前一年相比，在未來(lái)幾年內(nèi)，除了汽車(chē)行業(yè)（前一年：86USD/kg）外，其他行業(yè)的CFRP平均價(jià)格水平都會(huì)略有下降。