有數(shù)據(jù)顯示，我國碳纖維企業(yè)數(shù)量的全球占比是67%，是數(shù)量強(qiáng)國；我國碳纖維需求量的全球占比是27%，是需求大國；我國碳纖維產(chǎn)能的全球占比是17%，是產(chǎn)能小國；我國碳纖維產(chǎn)量的全球占比是7%，是產(chǎn)量弱國。

國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能、產(chǎn)量低是備受業(yè)界詬病的問題。

相關(guān)資料顯示，2017年中國大陸的碳纖維理論產(chǎn)能2.60萬噸，實(shí)際供應(yīng)僅7400多噸。

“缺乏市場的牽引，用不起來，導(dǎo)致國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)量表現(xiàn)較低?！?國家碳纖維工程技術(shù)研究中心主任徐樑華對新材料在線?說。

從下游行業(yè)分布來看，據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示，2017年我國碳纖維市場需求主要來源于相對低端的體育休閑領(lǐng)域，2017年其消費(fèi)量占到碳纖維總需求量的51.1%左右；風(fēng)電葉片領(lǐng)域2017年消費(fèi)量占比為13.0%；而航空航天領(lǐng)域消費(fèi)量占比僅3.8% 。

2017年中國碳纖維領(lǐng)域應(yīng)用結(jié)構(gòu)（按重量）（單位：%）

來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

“就算是在汽車和風(fēng)電行業(yè)，還是更愿意使用進(jìn)口碳纖維?！苯K恒神股份有限公司高級顧問沈真對新材料在線?表示。

數(shù)據(jù)來源：廣州奧賽碳纖維技術(shù)有限公司

“從碳纖維應(yīng)用真正輻射的領(lǐng)域來看，國產(chǎn)和國外比較還是有差距的，人家用得多我們用得少。怎樣擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域的問題也非常重要?！敝袊こ淘涸菏慷派屏x語重心長地說。

國產(chǎn)碳纖維在哪些新興應(yīng)用領(lǐng)域有突破或逆襲機(jī)會？新材料在線?根據(jù)十幾位碳纖維及其復(fù)合材料領(lǐng)域頂尖專家的觀點(diǎn)，詳細(xì)分析了碳纖維在軌道交通、汽車、壓力容器及其它小眾應(yīng)用等4大備受矚目的新興領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)會和挑戰(zhàn)。

軌交交通

來源：中車青島四方股份公司副總工程師丁叁叁

來源：丁叁叁演講PPT

作為一個軌道交通領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員，我相信碳纖維在軌交的應(yīng)用是有前途的。

從大的方面，它是一個人類未來發(fā)展的大趨勢，新材料技術(shù)本身就是趨勢。

從行業(yè)本身而言，它也有這樣的動力，高鐵的動力是整個軌道行業(yè)的發(fā)展?fàn)恳瘳F(xiàn)在近90條線，近3萬公里的高速鐵路，在線的車三千多組，這個體量、規(guī)模占到世界的三分之二以上，現(xiàn)在作為未來鐵路發(fā)展的引擎。

在建設(shè)四縱四橫的網(wǎng)絡(luò)，向八縱八橫發(fā)展的大戰(zhàn)略下，這個行當(dāng)是在發(fā)展和生機(jī)的，目前國內(nèi)外的市場也都在發(fā)展。行業(yè)有活力就一定會帶來新技術(shù)新材料的需求。

高鐵作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，速度不斷提高，在此環(huán)境下，面臨安全性與服務(wù)要求提升的巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的金屬材料如鋁合金發(fā)展到現(xiàn)在，其輕量化已經(jīng)做到很高的水平，逼近極限。

我們需要有綜合型的優(yōu)良材料突破金屬材料的局限。碳纖維雖然現(xiàn)在面臨很多的困境，我認(rèn)為它還沒有進(jìn)入到成熟期、工業(yè)的成熟期。而一旦跨過這個鴻溝，它一定會很快地有一個爆發(fā)期。

軌交給碳纖維帶來的市場前景是可觀的。中國高速動車3500組車碳纖維復(fù)合材料份額若占到30%，將產(chǎn)生50萬噸需求，若推廣至城軌車輛共約100萬噸，即使只有10% 的應(yīng)用，也有約30萬噸。若能良性發(fā)展，預(yù)計(jì)共可形成每年3~5萬噸市場規(guī)模。

碳纖維復(fù)合材料在軌交應(yīng)用首先要解決必要性和怎么用的問題，接下來評估成本效益是否能接受，如果上述問題都解決了，那需求量會很大，但這個過程需要一段時(shí)間。

市場經(jīng)濟(jì)下，有新的應(yīng)用機(jī)會企業(yè)肯定感興趣。目前恒神跟中車長春軌道客車做了全碳纖維復(fù)合材料車廂，常州的宏發(fā)縱橫也跟唐山車輛做碳纖維軌交研究。

碳纖維在軌交領(lǐng)域的應(yīng)用可能會比汽車領(lǐng)域的應(yīng)用快。

碳纖維在軌交領(lǐng)域的應(yīng)用，如果只做金屬簡單替代不可取，這樣失去了復(fù)合材料的價(jià)值。發(fā)揮碳纖維及其復(fù)合材料最優(yōu)性能才有使用價(jià)值跟經(jīng)濟(jì)效益。碳纖維各向異性，性能不綜合，是單項(xiàng)冠軍而非全能冠軍，要發(fā)揮其單項(xiàng)冠軍的長處，回避軟肋。

國產(chǎn)能滿足航空航天，就能滿足軌交，國產(chǎn)化沒有問題，對于碳纖維的品質(zhì)和性能，需要下游用戶來提出需求。

如果碳纖維能在軌交領(lǐng)域獲得大面積應(yīng)用，軌交產(chǎn)生的用量會非常大，比目前風(fēng)電行業(yè)還大。到時(shí)候拉動中國碳纖維產(chǎn)業(yè)的可能會是軌交，但取決于正向設(shè)計(jì)瓶頸能否突破。

中國的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用市場發(fā)展空間很大，目前處于一個瓶頸期，突破復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，將直接影響市場空間的釋放程度。

碳纖維一旦實(shí)現(xiàn)從裝飾到承載結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，國內(nèi)企業(yè)的機(jī)會應(yīng)該很大。

現(xiàn)在碳纖維及其復(fù)合材料在軌交車體的應(yīng)用，現(xiàn)在主要面臨許多問題。比如國內(nèi)這方面基礎(chǔ)研究還是比較薄弱一點(diǎn)；又如大型的車企的制造設(shè)備，都是引進(jìn)的，非常貴，比如自己還不能做固化的大型熱壓罐，很多的車體長達(dá)十幾米長，如此體積的車體整體放進(jìn)熱壓罐，要進(jìn)口國外的設(shè)備來做。

此外，標(biāo)準(zhǔn)體系的建立周期很長，所有的標(biāo)準(zhǔn)都要在摸索中不斷地完善，一個標(biāo)準(zhǔn)體系完全建立最快也得十年時(shí)間。

碳纖維及其復(fù)合材料在軌交的應(yīng)用有一定的優(yōu)勢，比如它是以可設(shè)計(jì)性、成型工藝多樣而著稱，從主承載次承載或者類似件，可以通過各種工藝的選擇來滿足不同的結(jié)構(gòu)或者功能性的要求，所以在成型工藝這一塊的話，肯定是碳纖維復(fù)合材料的選擇性更多樣一些。

碳纖維在軌交車體承重結(jié)構(gòu)應(yīng)用沒有問題，現(xiàn)在的問題就是怎么樣從一輛變成批量化的。需要全行業(yè)共同努力，從批量制造的能力、成本的降低、然后生命周期、價(jià)格的評估，這些的角度來進(jìn)行綜合考慮。我個人看來碳纖維在軌交的應(yīng)用比較樂觀。

成本問題是限制批量化生產(chǎn)的原因之一。

成本問題分兩個階段，第一個階段，在研發(fā)階段必須將軌道交通碳纖維復(fù)合材料整個研制的流程進(jìn)行低成本手段的評估和研究。

第二個階段，復(fù)合材料的最大的優(yōu)點(diǎn)是在長期性能具有重要優(yōu)勢，利用這一優(yōu)勢評估如何降低軌交列車生命周期內(nèi)的運(yùn)行和維護(hù)成本。

現(xiàn)在我們需要開展整個軌交生命周期的評估，包括從制造的價(jià)格到運(yùn)行的價(jià)格到維護(hù)的價(jià)格，可以讓我們知道在復(fù)合材料使用之后的輕量化帶來的運(yùn)行和維護(hù)的成本降低效果。

國內(nèi)除了軍用飛機(jī)，其他民用和汽車、風(fēng)電、體育器材，大量用國外的碳纖維。比如風(fēng)電葉片、民用飛機(jī)都是按國外碳纖維的標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)，國產(chǎn)的碳纖維性能肯定有區(qū)別。因此需要應(yīng)用端的設(shè)計(jì)來決定能不能用國產(chǎn)的碳纖維，我們的設(shè)計(jì)太弱，設(shè)計(jì)的知識產(chǎn)權(quán)都在國外的手里，如果我們不掌握設(shè)計(jì)權(quán)，應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)就被別人決定，而國產(chǎn)碳纖維性能要對標(biāo)國外是很難的。

軌交是國產(chǎn)碳纖維大批量應(yīng)用的突破點(diǎn)。國外做碳纖維應(yīng)用于軌交的比較少，國內(nèi)比較有機(jī)會。

碳纖維及其復(fù)合材料在軌交車體結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)要經(jīng)歷研發(fā)、低成本化和批量生產(chǎn)三個階段，目前國內(nèi)的研發(fā)很多，但如何低成本化做得不夠，需要突破。

目前來看，第一輪的研發(fā)問題都不大?，F(xiàn)在把航空的做法移植到軌交上面，比如標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)入、設(shè)計(jì)規(guī)范等體系，這樣才能保證在軌交的應(yīng)用不會出現(xiàn)問題。航空在這一塊比較有經(jīng)驗(yàn)，軌交必須結(jié)合實(shí)際吸收這些東西，一邊做一邊建立一套標(biāo)準(zhǔn)體系，不斷完善它。

汽車市場

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球汽車用碳纖維需求量約為9000噸，預(yù)計(jì)到2020年全球需求將達(dá)到11000噸。

2013年，寶馬i3的碳纖維輕量化技術(shù)路線讓國內(nèi)企業(yè)躍躍欲試。

事實(shí)上，除了輕量化外，碳纖維還有其他優(yōu)勢，比如大家關(guān)注的設(shè)計(jì)問題，碳纖維具有集成性高、設(shè)計(jì)自由度高、模具成本低、開發(fā)周期短的優(yōu)勢，便于車型的更新?lián)Q代，這是一個有力的競爭點(diǎn)。

然而好幾年過去了進(jìn)步甚少，制約碳纖維在汽車上大批量應(yīng)用的關(guān)鍵是生產(chǎn)效率和系統(tǒng)成本！

生產(chǎn)效率方面，采用熱固性成型工藝的生產(chǎn)效率一般在5-10分鐘，適合小批量產(chǎn)品，但要應(yīng)用在乘用車上，生產(chǎn)工藝還有待提高，熱塑性成型碳纖維可能更適合。

而在系統(tǒng)成本上，材料及傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝居高不下，占零部件系統(tǒng)成本的50%以上，零部件單位系統(tǒng)成本至少是鋼的6倍以上。

理論上，整車減重降低50kg，可以降低2度電，節(jié)省1200-1500元電池系統(tǒng)成本。在實(shí)施輕量化過程中，可以適當(dāng)控制成本增加在20-30元/kg，也可實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)成本平衡。

在汽車產(chǎn)品上，碳纖維主要應(yīng)用于高端車型，多用于車身外覆蓋件、車身骨架以及局部補(bǔ)強(qiáng)。碳纖維輕質(zhì)高強(qiáng)的特性，對整車輕量化具有極大的優(yōu)勢。但碳纖維價(jià)格較高，因此受限只能用在高端車型上。

目前，國內(nèi)針對汽車產(chǎn)品的一級配套商資源較少。而且，針對國內(nèi)汽車產(chǎn)品的碳纖維鋪層設(shè)計(jì)，還處在起步階段，多需借助歐洲方面的資源，進(jìn)行CAE分析，包括汽車碳纖維制件的檢測及合理的品質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)等。這些對于汽車行業(yè)來說，都是需要解決的問題。

的確，很多設(shè)計(jì)師在車型的前期設(shè)計(jì)階段就不會考慮用碳纖維，一方面是推廣還不夠，另一方面是成本、標(biāo)準(zhǔn)和配套體系不成熟等問題。我們前期也考慮過，后來放棄了。

對于新生造車勢力而言，碳纖維是一個比較好的替代方案。

碳纖維應(yīng)用在汽車上，有幾個方向：一是結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，如寶馬7系的Carbon Core車身構(gòu)架；二是可以達(dá)到設(shè)計(jì)造型的自由度和漂亮的外觀，營造出科技感；三是滿足某些特殊功能或集成功能。

話雖如此，但在驅(qū)動汽車對碳纖維的需求方面，碳纖維企業(yè)與主機(jī)廠彼此互不了解，類似雞同鴨講。

對于車企，一定要把合適的選材用在合適項(xiàng)目上，用在合適位置上；設(shè)計(jì)師要懂得產(chǎn)品設(shè)計(jì)、了解碳纖維，比如要知道圓角半徑過小，圓角區(qū)域可能發(fā)生纖維拉斷、架橋和樹脂堆積等缺陷。對于碳纖維企業(yè)，碳纖維材料及產(chǎn)品的基礎(chǔ)研發(fā)一定要踏踏實(shí)實(shí)，切忌急功近利。

確實(shí)，懂材料的不懂車，懂車的不懂材料，造成了溝通困難。

碳纖維的優(yōu)勢不用多說，減重效果非常好，能達(dá)到50-75%，安全性也提高了很多。但我們接觸很多客戶，他們總問一個問題：這個材料和鋼、鋁比起來，便宜嗎？如果要這樣問的話，思路就歪了。

如果為了便宜，這個材料不好推廣，為什么你要用它，除了它本身材料的價(jià)格以外，以后隨著我們努力可能會整個量產(chǎn)化成本會降下去，除了這一塊以外，它的制造和我們的金屬材料差距比較大，從車這一塊，我很熟，四大工藝：沖壓、焊接、油漆、組裝，但是這種材料一體化成型的設(shè)計(jì)會簡化一些工藝，從它的生產(chǎn)的綜合生產(chǎn)來看，會有降低。

我覺得還有一個特別重要的，我們減重是為了節(jié)能，節(jié)能為了環(huán)保，環(huán)保以外還能降成本。我們和東風(fēng)合作物流車，當(dāng)時(shí)給它算了一筆帳，一輛9米的物流車，整個車廂原來可能一萬多塊錢，用了碳纖維成本翻倍。但是，減重以后，省油省了多少，高速費(fèi)省了多少，可以多裝貨，可以多掙多少錢。最后算下來，一年減少十幾萬的運(yùn)營成本，這筆帳很好算。

壓力容器

來源：中國復(fù)合材料集團(tuán)有限公司原董事長兼總經(jīng)理張定金演講PPT

包括中復(fù)神鷹在內(nèi)的企業(yè)看好碳纖維高壓儲氫罐，但要成為重要市場，還有一些工作要做，常規(guī)的壓力容器競爭比較大，瞄準(zhǔn)氫能源汽車的儲氫罐，有賴于設(shè)計(jì)與制造技術(shù)進(jìn)步。

壓力容器是一個值得期待的市場。

但就目前而言，因?yàn)閴毫θ萜鲗μ祭w維原材料穩(wěn)定性要求高，且價(jià)格低，國產(chǎn)碳纖維在壓力容器上的使用還處于驗(yàn)證階段，因此壓力容器的碳纖維應(yīng)用市場目前大多被進(jìn)口碳纖維控制。

如果建立健全國產(chǎn)碳纖維在這個行業(yè)中的性能指標(biāo)評價(jià)體系，掌控復(fù)材設(shè)計(jì)自主權(quán)，伴隨著氫燃料電池市場的發(fā)展，壓力容器將是一個很好的方向。

近年來全球的碳纖維在壓力容器市場增長迅速，年均增長10%-15%，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

全球碳纖維壓力容器年均增長率有望達(dá)到22%，增長快速。主要用在天然氣車用氣瓶、運(yùn)輸天然氣的大型瓶、燃料電池車用氫氣瓶、呼吸氣瓶、和醫(yī)用氧氣瓶等。

其中呼吸氣瓶年增長10%，CNG氣瓶年增長20%，儲氫氣瓶年增長25%。

隨著新能源的發(fā)展，中國成為壓力容器的主要市場，預(yù)計(jì)2020年將占全球市場的40%。

儲氫罐要75Mpa，其比能量才能跟動力電池在同一個水平，35Mpa還不夠。氫本身密度小，必須壓縮，要70Mpa才能壓縮，不然比能量到不了。

所以下一步肯定是碳纖維來做，其他材料做不來。碳纖維的罐子輕，抗壓強(qiáng)，本身不會爆 炸，不像金屬罐。

不過目前存在的問題是成本比較高，標(biāo)準(zhǔn)沒確定，所以用起來困難?，F(xiàn)在國內(nèi)碳纖維企業(yè)都能做出來，但標(biāo)準(zhǔn)的完善需要差不多10年左右的時(shí)間。

小眾市場

建筑與民用工程師最早將碳纖維用于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的領(lǐng)域。2017年全球建筑補(bǔ)強(qiáng)對碳纖維的市場需求達(dá)1800噸左右，但國產(chǎn)碳纖維主要用于中低級補(bǔ)強(qiáng)布，一級布僅少數(shù)廠家可以滿足，當(dāng)年國產(chǎn)碳纖維供應(yīng)一級布約500噸。

碳纖維補(bǔ)強(qiáng)布并不是對材料要求不高，只是這個市場沒有引起足夠的重視，近幾年國內(nèi)還出了好幾起碳纖維補(bǔ)強(qiáng)布應(yīng)用建筑倒塌的事故。除航空航天外，國內(nèi)碳纖維應(yīng)用市場都沒有建立一個完善的碳纖維穩(wěn)定性應(yīng)用評價(jià)體系，有些小廠家渾水摸魚，把玻纖加工處理成黑色就當(dāng)碳纖維布用到建筑工程里了。

目前國內(nèi)碳纖維補(bǔ)強(qiáng)布這個市場還是太混亂，導(dǎo)致大型建筑工程不敢用國產(chǎn)、基建領(lǐng)域高端應(yīng)用也不敢用，進(jìn)口替代的路還是有點(diǎn)遠(yuǎn)。

建筑補(bǔ)強(qiáng)確實(shí)被包括神鷹在內(nèi)的企業(yè)看好，但要成為重要市場，還有一些工作要做。建筑領(lǐng)域，不能只針對補(bǔ)強(qiáng)，市場增長有限，如果通過技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用突破，碳纖維復(fù)合材料作為土木工程領(lǐng)域的主干材料，市場增長會很可觀。

2016-2017全球碳纖維電纜市場中碳纖維消耗量