7月4—5日，由中国化工信息中心主办、长盛（廊坊）科技有限公司协办的2024（第十一届）碳纤维产业发展大会在河北廊坊开幕。来自碳纤维及其复合材料产业的院士、专家学者、企业代表就产业发展现状、研究进展、应用技术和未来趋势及思路进行了研讨。
国产替代趋势明显，碳纤维发展面临四大机遇
新材料是我国发展新质生产力的重要物质支撑。美国、日本、欧盟等发达国家和地区高度重视新材料的基础支撑、先导引领作用，积极制定新材料发展战略，进一步突出对新材料战略布局。国家自然科学基金委员会高技术研究发展中心技术总师史冬梅表示，当前，全球新材料产业竞争激烈，新材料正向定制性、复合化、多功能化、绿色化、低碳化、更耐极端环境、更趋近于性能极限发展，材料开发各环节更加突出环境友好、绿色节能、成分简约、一材多用、循环利用等。
碳纤维作为21世纪的“新材料之王”，其力学性能优异，广泛应用于风电机片、航空航天、体育休闲等领域。中国化工信息中心副总经理王武在大会致辞中表示，近几年我国碳纤维行业产能扩张迅速，2021年首次超越美国成为全球最大的碳纤维生产国，2023年我国碳纤维运行产能几乎占据了全球碳纤维产能的半壁江山。随着我国碳纤维龙头企业产能的快速投放，碳纤维市场供需缺口已逐渐缓解，国产碳纤维已经成为中国市场的主流供应，国产替代趋势愈来愈强。2023年我国碳纤维的国产化率约77%，在全球产能排位靠前的十大公司中，中国就占了五家。未来几年，国内碳纤维企业扩产计划总量预计接近30万吨/年，我国碳纤维行业正在逐步实现自给自足。
据中国化工信息中心情报事业部高级工程师文淑美介绍，2023年全球碳纤维需求量为11.5万吨，相比2022年的13.5万吨降低了14.8%，主要因为风电市场需求疲弱。2023年我国碳纤维的总需求为6.9万吨，相比2022年的7.4万吨降低了7.2%。随着国产碳纤维进口替代的增强，进口碳纤维呈现断崖式下降。
2022年我国碳纤维国产产品需求量为4.50万吨，同比增长53.80%；进口产品需求量2.94万吨，同比减少11.20%。在长盛（廊坊）科技有限公司研发部部长方静看来，随着碳纤维复合材料应用的不断拓展，碳纤维的需求将持续增长。2025年预计全球碳纤维需求总量达到18.84万吨，2030年将达到 34.17万吨。长盛（廊坊）科技有限公司虽然在产能上并不是国产碳纤维的第一梯队，但是我国第一家实现t700、t800干喷湿纺高性能碳纤维规模化稳定化生产的企业，且已全面掌握t1000、t1100、m40级碳纤维规模化生产工程技术，各规格碳纤维的性能指标已达到或超过业界同类产品水平。目前，长盛（廊坊）科技有限公司已有12种系列纤维，涵盖了高强型、高强中模型、高强高模型等类别，广泛应用于高端体育用品、低空经济等众多领域。
近年来，我国碳纤维对进口的依赖程度正逐年下降。国产碳纤维市场份额从2019年的31.7%、2020年的38%、2021年的46.9%、2022年的61%，攀升到2023年的76.7%。碳纤维制备及工程化国家工程实验室秘书长、威海拓展纤维有限公司高级工程师张顺指出，2023年我国碳纤维总需求量为69075吨，同比下降7.2%。其中国产碳纤维使用量为53000吨，占总需求的76.7%，继2022年国产碳纤维使用量占比首次超过进口后，又同比增长了17.8%。
从应用领域来看，2023年我国碳纤维在体育休闲和风电叶片两大领域用量占到了一半的市场份额，其次是航空航天、碳碳复材、压力容器、混配模成型。分省份使用量来看，广东省碳纤维用量最大，江苏赶超上海处于第二位，江苏及山东的使用量受风电影响巨大。
张顺表示，当前碳纤维产业链发展面临四大机遇：
一是大飞机。大飞机是产业链牵引的龙头，目前国产的干线和支线客机主要有c919、arj21、 ma60。其中c919复合材料使用率为11.5%，主要集中在机翼上的活动面，如襟翼、副翼、后机身、平尾和垂尾等。ajr21复合材料使用率仅为2%，但是c929宽体客机复合材料使用率将达到50%以上。
二是体育休闲领域。2023 年全球体育休闲市场碳纤维总需求为1.8万吨，占全球碳纤维市场的 16.3%，是全球碳纤维市场除航空航天、风电外的第三大应用领域，也是我国第一大应用领域。
三是轨道交通领域。6月26日，全球首列用于商业化运营的碳纤维地铁列车“cetrovo 1.0 碳星快轨”在山东青岛正式发布。与传统金属材料的地铁车辆相比，该碳纤维地铁车辆的车体减重25%，转向架构架减重50%，整车减重约11%，运行能耗降低7%。每列车每年可减少二氧化碳排放约130吨，相当于植树造林101亩。
四是风电领域。2023年全球风电新增装机116.6 gw（中国为75gw，占比65%），其中海上风电新增装机量为10.8 gw，为历史上第二好的年份；全球总装机容量增长至1021 gw，同比增长50%。
碳纤维复材要坚持自主创新，回收再利用仍面临挑战
日本工程院院士、浙江省现代纺织技术创新中心副主任倪庆清表示，在“双碳”背景下，航空、风电、汽车、高铁等轨道交通领域的轻量化是节能降碳最有效的手段。碳纤维及其复合材料优异的性能使其被广泛应用于航空航天、轨道交通、车辆制造、工程机械、基础设施建设、海洋工程、石油工程、风力能源、体育用品等领域。碳纤维被国家战略纲领列为关键战略材料之一，发展规划目标为：2025年，国产高强中模、高模高强碳纤维及其复合材料技术成熟度达到9级；力争在2025年前，结合国产大飞机的研发进程，航空用碳纤维复合材料部分关键部件取得caac、faa、easa等适航认证。目前我国高性能碳纤维材料产业发展势头迅猛，主要针对航空航天市场，同时着力瞄准风力发电新能源市场，以及新型汽车轻量化材料市场。碳纤维及其复合材料产业链的构建将大大促进轻量高强复合材料在航空、汽车、高铁等交通运输领域的广泛应用，其对节能碳减排将产生良好的社会经济效益。
航天材料及工艺研究所副总师孙宏杰指出，碳纤维复合材料是先进复合材料的代表，其发展及应用程度体现了国家先进材料技术的发展水平。高性能pan碳纤维是碳纤维复合材料发展与应用的前提和基础。我国碳纤维复合材料技术在向着高性能、多功能、低成本等方向发展的同时，要坚持独立自主与技术创新，以实现我国先进复合材料技术的可持续发展。
廊坊市飞泽复合材料科技有限公司主任工程师兼总经理技术助理禹峥嵘表示，碳纤维增强复合材料将持续在工业界/消费品界扩大用量。在日渐竞争剧烈的各级产品下，创新性的量产工艺、研发思路与产品的重要性越来越重要。未来应重点关注可持续性和环保、轻量化凯发在线的解决方案、智能制造和自动化、多功能性和高性能等相关应用。
南通复源新材料科技有限公司创始人、上海交通大学教授杨斌指出，2030年碳纤维全球需求将达到19万～30万吨，我国风电市场迅速增长。原生碳纤维的主角正在由日本变为中国，使国内碳纤维需求急剧扩大，再循环产业的必然性迅速提高，碳纤维进入反复使用的时代。碳纤维回收再利用是一个大产业，循环利用几次，其规模就几倍于原生碳纤维产业。再生碳纤维对原生碳纤维产业而言，有少量补充，更多的是一个新产业。
杨斌表示，碳纤维回收再利用的产业化现状为：在复材领域应用尚未开始，在高分子加工领域应用正在崛起。碳纤维回收行业的竞争，正在从初期回收技术的竞争转变为回收-再利用综合凯发在线的解决方案的竞争。以汽车领域为例，国内再生碳纤维回收再利用方向为：一是短切再生碳纤维（改型塑料用）；二是再生碳纤维毡（再制备热固、热塑复材用）。
低空经济领域应用可期
当前，碳纤维除了风电机片、航空航天、体育休闲等传统应用领域之外，还出现了低空经济这一新应用场景。尽管距离大规模产业落地比较漫长，但碳纤维作为低空飞行器的重要支撑材料，未来的应用前景非常值得期待。据文淑美介绍，2023年我国低空经济规模达到5059.5亿元，同比增长33.8%。
中航复合材料有限责任公司首席技术专家李宏运在高端访谈中表示，低空经济是政府倡导的、未来发展潜力有望超过数万亿规模产值的一个新发展方向，当前该行业处于投资热潮阶段。这对于碳纤维复合材料企业来讲，也是一个非常好的机会。因为在低空经济中占比很大的低空飞行器对碳纤维及复合材料的需求非常大：一是用量大，单机的复材用量基本上高于80%，甚至高达90%；二是未来飞行的机会大，用于运人、运货、抢险救灾、农林植保等不同用途的低空飞行器数量级很大，可以多达上千、上万架。这两大需求为碳纤维及复合材料领域的发展提供了一个非常好的发展机会。
关于如何发展低空经济，联合飞机集团副总裁、北京总部基地总经理孙立业给出了三点建议：一是要“ 造” 飞机，二是要“ 搞” 基建，三是要“抓”应用。
低空经济腾飞将为碳纤维复合材料带来增量市场，碳纤维行业有望迎来爆发式增长。方静指出，单台电动垂直起降飞行器（evtol）对碳纤维的需求为100~400kg。截至2023年5月，全球evtol订单约为6300 架。假设这些需求在2030年前全部释放，有望拉动千吨级碳纤维需求。
相关制品、工艺机遇和挑战并存
氢燃料电池车凭借零污染排放、燃料填充快、续航里程长、电池寿命长、减重明显等优势，成为未来新能源汽车发展的大势所趋。合肥工业大学机械工程学院副教授吴乔国表示，压缩储氢是最广泛、最便捷、低成本的储氢方式。碳纤维复合材料储氢瓶一般为35mpa和70mpa。目前，国内ⅲ型气瓶技术成熟，35mpa应用广泛，70mpa开始推广应用；iv型气瓶成本、储氢量、轻量化优势明显，国外开始推广应用，但国内技术尚不成熟。当前储氢瓶发展面临三项挑战：一是低成本、高性能体系的构建；二是设计分析与评价方法；三是制造工艺。
沈阳航空航天大学航空宇航学院教授贾彩霞指出，商用客机复材结构，如机身、机翼、雷达罩、短舱等均由先进复合材料加工而成，造价高昂、损伤后更换成本高。在这种情况下，维修才是更适宜的方式。目前，我国从事航空维修的单位有300余家，但受限于技术门槛高，商用客机复材维修较强的仅为4家。国内复材结构维修产能和技术，均处于产业链的低端，高附加值复材核心维修能力欠缺。提升国内民航复材设备维护、修理和运作（mro）能力，形成自主化维修技术已迫在眉睫。
会上，克劳斯玛菲机械（中国）有限公司销售经理刘宗洋作了《hp-rtm、湿法模压工艺在碳纤维复合材料批量生产中的应用》报告。据了解，克劳斯玛菲是五种不同的hp-rtm复合材料模压技术的先锋，全球有超过180台生产设备在客户工厂正常运转，为汽车、航空、铁路等领域生产制造轻量化部件。克劳斯玛菲为德国宝马汽车公司开发的这一系列工艺，每年为其品牌下的电动汽车和高端乘用车生产超过100万件碳纤维复合材料制品。不同于在欧洲利用hp-rtm工艺制造汽车框架，克劳斯玛菲中国团队创新地将hp-rtm工艺应用到了电池外壳制造上，实现了部件强度高、密封性能好的显著优势生产。克劳斯玛菲中国也成为将复合材料应用于电池上盖的首发企业。与钢制电池外壳相比，hp-rtm工艺生产的复合材料电池外壳能够减重60%。hp-rtm工艺不仅能够带来轻量化优势，同时还在热管理和高熔点方面表现优异。
大会期间，还进行了河北省碳纤维产业技术研究院揭牌仪式。
