产业报告：复合材料应用现状及发展趋势（2） -《中国新材料产业发展报告2019》

（接：复合材料应用现状及发展趋势（1）-《中国新材料产业发展报告2019》）

                                         2019年10月

2014年、2015年全国树脂基复合材料产量分别为433.5万吨、456.7万吨，2016年产量约为462万吨，同比增长仅为1.2%。

中国大陆不饱和聚酯（UPR）产能约420万吨，开工率50%，现有UPR生产企业约110家，2015年产量210万吨；乙烯基酯树脂（VER）年消费量已达约7万吨；环氧树脂（EPR）2015年产量120万吨。

中国UPR产能、产量、用量已居全球首位。UPR生产工艺装备及其控制系统近年来取得长足进步。VER产销量增长的三个原因：①优异的耐化学性能和力学性能；②生产过程无废水；③生产周期短。

我国VER/UPR技术已授权法国、马来西亚、沙特，并为沙特设计建厂，开始了国际化布局。

另外，国产新型酚醛树脂用于拉挤，取得良好的技术经济效果，多用于制造要求阻燃低烟的产品，其耐酸性、耐温性亦佳。国产酚醛胶衣性能已优于舶来品。阻燃性好的热固性树脂主要包括酚醛树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂和聚酰胺树脂，其中酚醛树脂是性价比最好的阻燃性热固性树脂。

玻璃纤维复合材料仍然将是复合材料应用的主角，碳纤维复合材料和其他高性能纤维复合材料的应用日益受到重视。连续纤维增强高性能热塑性树脂基体复合材料越来越受到重视和关注。复合材料的发展，将继续呈现以下趋势：

从附件次承力件到主承力结构件：结构轻量化；

提高工艺技术水平和自动化程度：工艺低成本化；

降低生产过程的能耗和控制排放：制备低碳化；

复合材料的回收再利用得到重视：利用循环化；

环境友好性复合材料研究与开发：体系绿色化；

继续大力开拓复合材料应用范围：应用高端化且低成本化；

重视功能复合材料的研发与应用：结构功能一体化。

未来我国复合材料发展总的方向是绿色、智能、高效。具体来说应大力发展FRTP（热塑性复合材料），开发新型开发新型热固性树脂及固化系统，提升增强体水平，开发与推广新型工艺及装备，完善测试方法及标准，建立不同层次的数据库，促进国内外、行业内外交流，同时还要“讲规矩”（行业合理竞争，合作共赢）。

未来10年碳纤维复合材料（CFRP）的市场发展，工业预计将占40%，航空航天及国防军工占8%，建筑结构补强领域占10%，文体用品预计将占42%。CFRP成型工艺方面，采用碳纤维预浸料相关的成型工艺仍是高性能复合材料成型工艺的主流。近年已经有VER（乙烯基酯）基体预浸料为代表的碳纤维热塑性预浸料面世。此外，纤维及其预浸料的铺放技术、拉挤-缠绕及编制-拉挤工艺、编织-RTM工艺、3D织物及穿刺工艺、经编及多轴织物的成型工艺、增强纤维或（和）基体混杂工艺、预浸料拉挤技术、复杂形面非回转体立体织物编织预制体及其复合材料成型技术等将是未来ACM成型工艺的发展方向。自主创新与核心技术是复合材料产业发展的动力。企业是创新的主体，将在创新中获得发展。

一是满足材料轻量化需求。与传统材料相比，复合材料具有比强度高、质量轻、比模量高、抗疲劳性能好、减振性能好及成型周期短等诸多优点，这种特性将使得复合材料成为轻量化战役的生力军，在汽车、船舶、轨道交通、航空航天、武器军工等领域具备应用推广优势和潜力。

二是满足绿色发展需求。复合材料不仅具有优异的机械力学性能，还具有优异的物理化学性能，耐腐蚀、耐疲劳性、耐候性能好。这些特性使得复合材料在绿色发展过程中承担越来越重要的角色，尤其在能源及建筑领域具有广泛应用。

预计到2020年，国内复合材料应用市场总需求约为650万吨。重点应用市场领域包括汽车及交通领域、能源环保领域、建筑领域及先进复合材料制品应用领域。

产能、价格、产品性能及质量水平、市场等综合因素，决定了目前碳纤维及其复合材料的需求和应用，尚处于培育阶段。

纤维增强树脂基复合材料（当然包括碳纤维增强树脂基复合材料）在静态（如建筑）、非接触式（民用飞行器，航天航空、风电叶片等）领域得到了成功应用。这些领域不涉及相互冲击（碰撞、颠簸、路边石子撞击等），不涉及与人类的日常生活行为直接交互，比如说触摸、刻划、敲击、烟熏、火燎等等。否则，人类一个简单的上述行为动作，都可能引起纤维增强树脂基复合材料结构的失效。这是在大力推动复合材料技术应用的过程中要特别注意的。

3.1 玻璃纤维

2018年，国内大陆地区玻璃纤维及其制品出口总量158.73万吨，同比增长9.74%；出口金额24.24亿美金，同比增长7.63%。近年来我国玻纤行业加速海外布局，国内玻璃纤维行业最大企业巨石公司已在埃及和玻纤的发源地美国建厂。重庆国际巴西卡皮瓦里、巴林阿巴桑两大生产基地已完成技改，顺利投产运营；泰山玻纤、四川威玻也正在积极推进其在东南亚的池窑生产基地建设项目。但2018年国内进口态势同比下降4.5%，其中玻璃纤维短切纱进口7.5万吨，约占进口总量的39.7%，反映出国内在短切纱，尤其是热塑短切纱的研发与生产方面，与国外企业仍存在差距。
3.2 高性能纤维

高性能纤维主要品种包括PAN基碳纤维、连续碳化硅纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚苯硫醚纤维、PBO（聚对苯撑苯并双噁唑）纤维、连续玄武岩纤维、聚酰亚胺纤维和聚四氟乙烯纤维等，也包括高性能玻璃纤维。我国高性能纤维总产能约15万吨，较2014年增长8.2%，增速明显放缓。上述高性能纤维在国家几个五年计划的大力支持和推动下，都取得了显著的进步。尤其是近十多年，碳纤维的研发和规模化生产，更是取得了突破。

2016年中国大陆碳纤维产量3600吨，间位芳纶7600吨，对位芳纶2000吨，超高分子量聚乙烯纤维7000吨，连续玄武岩纤维10000吨，S2玻纤1600吨。高性能增强纤维产业发展喜忧参半。

3.3.1 产业现状

3.3.1.1 已建立起碳纤维基本产能

国产碳纤维已建产能、地域布置近两年没有发生变化

2014年、2015年国产碳纤维产能均为19000吨，但实际产量分别只有3700吨和3200吨，产量同比下降13.6%。几个主要碳纤维生产企业如威海拓展、中复神鹰、江苏恒神、康得新的产能分别为5100吨、5000吨、4500吨和5100吨。2015年启动的T800、T700和M40J项目已开始尝试。工信部“碳纤维产业技术成熟度评价”确定2项国产T300级（3K）碳纤维、1项T700S级（12K）技术成熟度达到7级，2项T800H级（12K）碳纤维技术成熟度达到6级。基于国外设计技术，国产首条千吨级碳纤维生产线安装投产，T800级高性能碳纤维在哈尔滨成功生产。2016年，国内碳纤维建成产能已近24000吨，但实际产量仅为3600吨。

目前具备批量生产供货能力的主要企业有威海拓展、中复神鹰、江苏恒神、方大江城、中简科技、河南永煤、上海石化、吉林石化、吉林碳谷。

3.3.1.2 已建立起碳纤维制品基本产能

碳纤维制品主要有碳纤维织物预成型体和碳纤维预浸料。我国现有逾百条碳纤维预浸料生产线。引进与国产的工艺装备向高层次发展，为高性能纤维增强复合材料的发展提供较好的条件。

3.3.1.2 已建立起碳纤维的质量价格体系

随着材料评价体系的建立与完善，采购制将被广泛采用。地域特色的产业技术链得到关注，如山东威海碳纤维及其复合材料产业技术研究院；江苏省产业技术研究院成立碳纤维研究所，结合众多应用单位组成技术链；吉林借全国碳纤维产业发展大会，打造碳纤维制备与应用的产业链条。

国产碳纤维的质量价格已开始与国际接轨的行动，但碳纤维产品性价比与应用市场期望仍存在距离。企业发展开始出现分化现象：一部分企业由于技术、规模与市场等因素，装置逐渐闲置，处于行业底层；一部分企业依靠航天航空应用，企业处于可运行状态，位于行业的中游；一部分企业基于技术进步与产能规模，在市场经济体系下获得发展。

复合材料技术与应用新领域拓展缓慢。目前的应用仍然集中在航空航天、军工、风电、电缆、新能源汽车、无人机及建筑补强领域。

国产碳纤维产业现状：经历了10多年的发展，整体均处于亏损，且看不到盈利的希望；能生存的只是有军工任务的单位或车间，军品的需求不可能爆发式增长；商飞在相当时间内不可能有大的需求；民用市场均是亏本买卖，80-90元/公斤，低价对手不可能赶尽杀绝。

国产碳纤维产业出路：低成本大丝束工业用碳纤维。破除对航空市场的幻想，以民促军，曲线救国；充分发挥中国腈纶产业的既有优势；所有技术、生产及经营活动，均以“低成本”为纲；“提篮小卖”模式向“供应链战略合作”转移；80-90元/公斤亏本买卖，变成67元/公斤就能盈利的生意。大丝束技术从碳纤维生产的各个方面，技术难度是大于小丝束的，低成本是高技术。

“十三五”碳纤维产业技术成熟度将快速提升。产业化体系、单线产能规模、全流程成本水平、销售与市场响应能力、碳纤维材料应用服务能力、配套技术与产品的制备与应用能力都将显著提升，主流品种技术成熟度将达到8级或8级以上。

3.3.2.2 提速”与“提束”并重

碳纤维低成本化技术与产品被广泛重视，“提速”与“提束”并重。

“提速”的突破点在于装备与工艺技术，以干湿法纺丝为突破点，提升丝束带宽与走丝速度，因而提高生产效率，降低单产能耗。“提束”在于发挥腈纶工业基础优势，突破24K、48K（50K）大丝束碳纤维技术。大丝束不只是K数大，还需要价格低廉的聚丙烯腈。因此，低成本化存在的困难主要有：廉价原料短期内无法解决；新的制备工艺与单元技术工程化的可实现性尚待验证。

要解决碳纤维复合材料的低成本化的瓶颈，要把低成本既看成是经济或产业组织管理问题，还更要把低成本看成是技术问题。要把碳纤维复合材料（CFRP）从贵族宝座下移到平民位置，关键不能只靠降低PAN基碳纤维制备成本。PAN基碳纤维是由原材料聚丙烯腈纺丝、预氧化（不容化处理）、热处理（高温裂解）而制得，聚丙烯腈由丙烯腈聚合而成，丙烯腈由丙烯氨氧化而得，丙烯源于石油产品。可以说，PAN基碳纤维制备成本降幅是有限的。碳纤维复合材料（CFRP）由贵族变平民，更重要的途径，是抓住碳纤维复合材料的设计制造、成型加工、推广应用各个环节的成本降低，这才是关键。

碳纤维高性能化的实现途径应该是跟踪与创新同步推进：跟踪国际上更高性能碳纤维制备技术，创新第三代复合材料用碳纤维制备技术。

3.3.2.5提高知识产权和品牌意识

碳纤维专利研究与标准体系建设逐渐展开。碳纤维知识产权战略包括知识产权分析、预警、突围与保护；专利对国家层面的技术保护和占领；国内知识产权的尊重及规则基础上的共享。碳纤维标准战略包括：建立中国自主的技术与产品标准；建立中国自主的性能测试评价标准；建立中国碳纤维产品基础数据库。

3.3.3.1培育和引导应用

国内有专家提出实施科学技术化、技术工程化、工程产业化、产业规模化、规模价值化、价值资本化“六化”战略，实现碳纤维产业健康持续发展，也不例外。“六化”中，“价值化”是核心，而实现其“价值化”的关键是应用。

碳纤维及其复合材料工业应用的自主培育进展迟缓。我国没有国产碳纤维成熟的应用市场和原始创新建立的应用领域。目前碳纤维的应用仍集中在建筑、输电、风电、民用飞机、汽车及体育休闲等制造领域，市场基本由这些应用领域掌握，而碳纤维及其复合材料研发生产企业培育和引导其应用市场的能力极其弱小，产业盈利及竞争风险极大。因此，在国家有关政策的支持下，依靠自主创新，培育和引导碳纤维复合材料的应用，是当务之急。

3.3.3.2解决应用中的瓶颈

装备制造业对于碳纤维复合材料的应用的基本要求是“用对”、“用好”、“用得出去”，碳纤维复合材料对碳纤维的应用的基本要求是“能用”、“好用”、“用得起”。

碳纤维“能用”基本属于过去时，已经解决。“好用”应做到纤维本征性能满足要求，纤维成分结构满足要求，纤维应用工艺性满足要求，纤维性能使用率满足要求，有针对性的主动式应用服务。需要关注的增项有油剂及上浆剂、结构性能评价体系、生产装备运行保障、智能制造的引入。“用得起”在于成本控制，取决于基于技术进步、产品方案、规模效应、全流程的科学管理等，应把握好人、技术、规模、保障等要素与成本的关系，以及特色与利润的关系。

复合材料“用对”在于要发挥碳纤维复合材料的优势，规避碳纤维复合材料的劣势，实现贵族材料的平民化应用。“用好”在于会用：涉及碳纤维复合材料设计水平，制造水平，与应用领域特征吻合等。“用得出去”在于应用领域创新：包括新领域、新成型技术、维修维护、回收再利用技术、全寿命管理、产品多元化（个性化订制、批产）。碳纤维复合材料应用于装备制造，宜首选高端装备。新装备对新材料的需求是复合材料发展的主要出路。

拓展国产碳纤维的应用，还应创立合作共赢机制。合作在中国是个长期的难题，不回避利益，建立基于规则的合作模式，而非仅道义上的合作，使之更有操作性。既有企业间的合作，也有企业内部产业链间的合作，通过合作实现共性问题的快速响应与解决，实现产业链的真正建立。

3.3.4小结

PAN基碳纤维，是本报告中提及的所有高性能纤维中，制备技术难度仅次于连续碳化硅纤维的一种非常难制备的纤维。在整个材料家族中，碳纤维的产量和用量都是很小的。碳纤维的主要用途是作为高性能碳纤维复合材料的原材料。而在整个复合材料家族中，碳纤维复合材料的产量和用也是比较小的。

近十多年来，国家之所以大力支持和推动碳纤维的研发、产业化和应用工作，主要是因为高性能武器装备需要碳纤维复合材料，而以美日为首的西方国家对我进行技术和产品封锁，我国必须自力更生。武器装备在整个国家国民经济产品种类中占比就较小，尤其是高性能武器装备，占比就更小。总之，全社会对碳纤维的需求总量是非常有限的。

因此，集中国有和民营的优势力量、优势资源，来攻克高性能碳纤维的技术高地，突破西方国家的技术封锁，使我国高性能武器装备的发展不受制于人，是非常必要的。而像当年“大炼钢铁”一样，不问条件和基础，“村村点火、处处冒烟”去研发生产碳纤维，技术上走不通，经济上会亏损。

碳纤维产业的出路，在碳纤维的应用，如前所述，在于把碳纤维“用对”、“用好”，让使用者“用得起”。

4.1 明确当前行业发展核心任务和指导思想

践行《中国制造2025》发展战略，积极推动行业两化融合与绿色发展。

一是积极提升热固性复合材料生产技术的自动化水平，探索全行业生产与物流的智能化发展；

二是稳步提升产品质量和附加值水平，重点发展纤维增强热塑性复合材料，带动纤维复合材料产品结构调整和产业结构整合；

三是鼓励企业走专业化、差异化发展之路，重点做好应用研究，不断拓展纤维复合材料应用领域和市场规模。

首先要解决好节能环保问题，要尽快强化能耗、环保、安全、职业卫生监管，督促并指导企业进行节能及环保设施技改，实现颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、苯乙烯、污水、固体废物等主要污染物的达标排放。

其次是积极进行产品结构调整，大力发展绿色环保的热塑性复合材料制品。与国外相比，国内在长纤维增强热塑性复合材料、短切毡增强热塑性复合材料、连续纤维增强热塑性复合材料的工艺技术、生产装备、应用推广方面全面落后。

4.3 提升行业技术装备水平，实现工业智能化转型发展

积极改进传统手糊工艺生产线，提升生产装备的机械化、自动化水平。