《从泰先和中恒的破产谈碳纤维“全产业链” ——五论国产碳纤维产业化之路》

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  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-06-26
  • 前几天严兵的“从浙江泰先、沈阳中恒的破 产案,谈碳纤维产业的发展”分析了这两家公司应经营不善导致破产,特别是指出碳纤维的生产成本高于销售成本是其主要主因,并指出国内还有很多僵尸碳纤维企业即将步入破产的行列。我认为这篇小文阐述了事实,但对碳纤维企业的生存问题没有进行深入的剖析。

    1、碳纤维生产企业分类及其产品应用对象和需求量

    在探讨泰先和中恒破产原因之前,本文需要先澄清一些基本概念。

    大家在文中经常谈及碳纤维企业,其实碳纤维企业包括两类,一类是真正的碳纤维生产企业,多数则是碳纤维复合材料制品生产企业。这两类企业的生存环境迥然不同,前者需要巨额投资,且影响参数众多,运行参数随所用设备和原材料而变,无可借鉴的经验,往往运行数年,仍无法生产出满足用户要求的产品,正是这类企业面临着破产的危机。后者相对而言投资较少,通常可以在较短的时间内即可生产出满足用户要求的复合材料制品,达到收支平衡,进而盈利。

    其次对国内的碳纤维生产厂家生产,按所所采用的技术路线可把现有的生产线分为三类,虽然对碳纤维专家,这是基本常识,但对多数碳纤维复合材料界的业内人士,并不一定很清楚。这三类技术路线所建立的生产线各生产不同的产品,用于不同的工业领域,互相间不可能兼顾,如表1所示。

    其中第I类是从上世纪70年代起多数国内碳纤维生产厂家采用的生产技术,也是国内生产碳纤维最多的品种,同时也是民品市场销售和使用的主要品种。但生产的碳纤维质量和成本始终无法达到东丽的水平,也是被迫以“白菜价”销售的主要碳纤维品种。这里面有多方面的原因,但一直以低于成本价销售,致使无法长期稳定生产是主要原因之一。持续这种状态,仅从技术上攻关恐怕很难改变这种状态。第II类是最近比较时髦的技术路线,中复神鹰经持续不断的努力,攻克了干喷湿纺的技术关键,基本上达到了东丽的水平,使其产品可以与东丽T700S并驾齐驱,当然同样面临着与东丽T700S的价格战。第III类湿喷湿纺大丝束技术在国际上只有少数企业掌握,东丽虽经多年开发,均未攻克,最后转向收购ZOLTEK。国内精功已成功开发了这一技术,并生产出了产品,但性能和稳定性与国外产品有差距,由于其主要应用对象——风电叶片梁板的设计与选材开发权掌握在VESTAS手里,从而无法得到应用。

    2、国产碳纤维为什么只能卖“白菜价”

    作者与国产碳纤维的销售人员对民用碳纤维的价格形成进行了探讨,民用市场主要使用T300-12k级与T700-12k级碳纤维(占比高于90%),而其中性价比最高的产品是东丽的干法T700S-12k,长期售价为200元/kg,所以其他产品的售价只能参照T700S来定位自身的价格,其他T700S-12k级碳纤维的售价为140元/kg,T300-12k级碳纤维长期以来是台丽的天下,它也只能参照T700S-12k的价格定为110元/kg,只有微利或更可能是亏本销售,当然其他国产T300-12k级碳纤维就只能以100元/kg的“白菜价”销售(今年随着国外碳纤维价格的调整,普遍售价有所提高);而目前国产碳纤维企业的生产成本普遍高于销售价,国内碳纤维厂家为提高质量和降低成本,多少年来一直坚持不懈地进行攻关一直进展不大,而且近期恐怕很难突破。照此逻辑如果没有其他办法,所有的国产碳纤维企业均会步泰先与中恒的后尘相继破产。

    3、碳纤维生产线分类和碳纤维在不同领域应用的种类、价格与需求量

    参照林刚先生的“2017年全球碳纤维复合材料市场报告”的数据和个人对市场的了解,表2给出了不同工业领域使用的碳纤维品种、每公斤参考价格及目前与5年后估计的需求量。表3给出了不同工业领域每公斤碳纤维、预浸料和制品的参考价格。

    表2给出了碳纤维在不同工业领域的应用都有不同程度的增长空间,当然目前除军机和部分民用低端产品使用国产碳纤维外,绝大部分都是国外碳纤维厂商和台丽的天下,VISTAS的风电产品在大规模增长,其碳纤维复合材料梁板生产基本上落入了国内厂商手中,包括澳盛和光威获得了很多大的订单,这对国内碳纤维复合材料制品厂家是利好的消息,但基本上和国产碳纤维生产厂家无关。

    4、碳纤维企业的出路

    鉴于目前国内碳纤维企业生产碳纤维的成本普遍都高于140元/kg,不亏本经营的唯一出路是成为航空航天行业的供应商,这也是本世纪初众多投资商投资碳纤维企业的初衷。由于成为航空航天产品供应商的门槛、需求量的限制以及进行型号鉴定的机遇,只有少数(2~3家)企业有幸进入了供应商的行列。对于后起的碳纤维生产企业已经失去了这一机会,这些企业将何去何从是本文讨论的重点。从表3列出的碳纤维、预浸料及制品的价格来看,有3条出路:

    1) 对碳纤维进一步加工,以织物与预浸料出售,提高其价值,这也是像台丽这样的企业所走的道路。这条道路其实也很艰辛,台丽的产品性能与价格基本上是业界的标杆,并已占据了现有的国内市场,要想从中分一杯羹,只能打价格战。

    2) 制成制品,提高其价值。对于目前消耗一万多吨的国内民品市场,已经有众多的碳纤维复合材料制品生产企业,碳纤维生产企业用性能逊于国外的纤维采用类同的设计与制造工艺生产出的制品与它们竞争,只能是以卵击石。钱云宝先生经常说:“大家都能做的我不做”,大概就是这个道理。

    3) 开辟新的碳纤维复合材料应用领域,风电叶片是目前增长最快的应用领域,由于梁板拉挤成型的出现,碳纤维用量急剧增加,但目前这一技术是由VESTAS采用台丽的湿法大丝束碳纤维(III类生产线)开发的,而且产品附加值比较低(原材料成本占比近50%)其他碳纤维企业如果要进入这一领域,只能购买台丽或其他国外的碳纤维进行加工,结果碳纤维用量的增加基本上与国产碳纤维无关,也就与国产碳纤维产业化无关。据说有人正在利用国产湿法大丝束碳纤维研发风电叶片用梁板,如果研发成功,确实是国产碳纤维产业化的一个机会。

    4) 对国内碳纤维生产企业最后的机会只能是尚未出现定型产品,但未来可能会大量使用碳纤维的工业领域。表2中列出了压力容器(包括氢燃料储气罐)、轨交和汽车领域以及其他有轻量化需求的应用领域,这些领域的应用前景已经明朗,由于成本和其他一些因素,尚未出现被市场接受的“买得起复合材料产品”。

    国外对这些领域正在进行攻关,国内碳纤维企业如何参与?指望国外用户采用国产碳纤维进行攻关只能是痴心妄想,一旦国外攻关成功(就像VESTAS在风电叶片领域的攻关),这些领域的碳纤维复合材料制品又将是国外碳纤维的天下,国内碳纤维复合材料制品生产厂商再一次会成为这些领域碳纤维复合材料制品的加工商,我们还会欢呼“碳纤维的春天到了”。一旦有什么风吹草动,国外把碳纤维供应掐断,会不会出现类似“芯片之痛”的“碳纤维之痛”呢?我们的大飞机、轨交车辆、新能源汽车等等用什么来生产呢?

    5、国产碳纤维不能用于制造高端产品吗?

    碳纤维生产企业的老总说:我们的精力必须且只能关注如何提高碳纤维的质量和降低生产成本,以便使国产碳纤维在性能和生产成本方面优于国外碳纤维,能成功将它们替代,愿望是好的,确实是努力方向,但现实是我们能等到那一天吗?国内众多碳纤维企业已作出了多年努力,虽然有少数企业可以把T300-3k和6k级碳纤维的性能做到基本满足军机的要求,实现批量化生产,但T300-12k级碳纤维始终没有达到台丽的水平,更何况东丽的水平。可见碳纤维的生产技术是如此复杂,即使实现了,国产碳纤维也只能与国外碳纤维打价格战,结果将是苦涩的。国产碳纤维得不到高端应用,只能长期亏本生产和销售,这样的状态是否能实现碳纤维生产企业老总的预期呢?

    如上所述,国产碳纤维实现产业化的机会只能是把“蛋糕”做大,通过扩大碳纤维的应用范围,增加碳纤维用量来实现。方向就是进入有光明前景,且尚未开发出“买得起的复合材料制品”的高端应用领域(即有迫切轻量化需求的工业领域)。目前国内外都在关注这些领域,并正在开发攻关。要知道这些用户在开发时通常都愿选用质量稳定、价格适中的国外碳纤维,国产碳纤维不在它们的考虑范围内。如果国产碳纤维生产厂家只关注修炼“提高质量和降低成本”的内功,不积极参与开发,产业化将会越来越远。国产碳纤维生产企业必须主动用自己生产的碳纤维来研发出高端应用“买得起的复合材料产品”,通这些产品的批量化生产,来实现自己生产的碳纤维的大量销售。要知道高端产品的成本构成中原材料成本通常只占20%,原材料价格略高一些在自己开发的产品中是可以接受的。只要开发出的产品被市场接受,并形成批量生产,就可以在生产和使用过程中同时实现碳纤维的质量提高和成本降低。当然这条道路异常艰难,也需要假以时日,但也只有这条路才能实现国产碳纤维的产业化。当然,在极度缺乏复合材料设计人才的当下,汇集这些人才与设备储备也是一项艰巨的工作。

    很多碳纤维生产厂家都认为只有把自身的碳纤维质量提高到东丽的水平,才能应用到高端应用,从来也没有想过将现有水平的碳纤维用于开发高端产品。而恒神则打破了这一思维模式,在近年来就采用看似性能不被专家认可的、市值100元/kg的恒神碳纤维,开发出了一些价值几千元/kg被用户接受的高端轻量化制品,且通过了一系列严格的地面试验考核,即将批量生产。虽然这些制品体量不大,但证明了一点,即使性能低于国外碳纤维,价格高于国外碳纤维,同样可以设计和制造出性价比被用户接受的轻量化产品(早期东丽的碳纤维性能并不好,同样可以用于民机结构),从而可以实现恒神碳纤维的长期稳定销售。千里之行,始于硅步,大量恒神碳纤维的销售,就是依靠一个一个产品的开发,形成小规模稳定销售,积少成多,开发的产品多了,就形成了大规模的销售。用较低性能的碳纤维开发高端产品的范例是恒神与中车长客合作采用恒神生产的原材料(包括纤维、织物、自己开发的阻燃树脂等)和恒神创新的制造工艺开发出满足轨交行业设计规范(安全性)要求减重近30%的复合材料地铁车体,该车体结构已通过了严格的地面试验考核,即将上线运行。研发中采用的就是市值100元/kg的工业级恒神碳纤维。在地铁车体的开发过程中,恒神的全产业链技术团队基于丰富的航空航天应用(包括设计和制造工艺)的经验针对轨交车体的特殊行业要求,采用创新性设计与制造工艺实现的。该地铁车体虽然暂时还达不到“买得起”的水平,但通过碳纤维复合材料在地铁车体的应用实践取得了丰富的经验教训,在此基础上进一步研发,今后有可能开发出轨交领域“买得起的复合材料结构”,进而实现恒神碳纤维原材料的大量销售。

    对于高端应用,为满足安全性要求对所用材料体系(包括纤维与树脂组合)要进行相当复杂的严格鉴定(通常要进行从材料到元件、组合件直至全尺寸结构件的积木式地面试验验证和在线运行考核),用户一般不会为了原材料价格的少量差异进行繁琐的等同性鉴定流程(保证性能与工艺的相容性),采用替代材料,这才是国产碳纤维生产企业需要全产业链的真谛。

    碳纤维应用的高端产品的特点一定是对变形有严格要求,同时对减重也有迫切需求,特别是形状和受力复杂的杆板壳结构,这些是高端碳纤维复合材料制品的基本特点,这些产品的附加值比较高,通常原材料成本占比往往小于30%。

    目前国内碳纤维生产企业已逐渐接受了钱云宝先生倡导的“全产业链”理念,很多企业也正在尝试做全产业链的碳纤维企业,但仔细了解这些企业,可以发现它们所建立的碳纤维生产线所生产的产品与其试图进入的工业领域对碳纤维的需求往往是不一致的,例如希望生产碳纤维电缆芯,却建立湿法小丝束的生产线;上游生产湿法小丝束碳纤维,下游生产湿法大丝束的风电叶片梁板;上游建设湿法大丝束生产线,下游却致力航天结构研发生产;上游生产干法小丝束,下游致力需要湿法大丝束的汽车制件;自己的下游不用上游生产的碳纤维,致使上游的碳纤维没有销路,下游产品开发所需碳纤维受人制约,这样的全产业链有何意义?

    当然碳纤维生产企业在进入后端应用时,通过购买其他厂家的碳纤维生产复合材料制品来实现尽快盈利也是可以理解的,但国产碳纤维的产业化去哪了?这与“芯片之痛”遇到的现象有何区别?利用芯片的产品铺天盖地,而芯片的供应商全部来源于国外,“中兴事件”发生后国外断供,国内一片哀鸿。碳纤维复合材料企业是否也会出现类似的情景呢?

    6、结论

    国产碳纤维生产企业的生存之道,不能局限于修炼内功,致力于提高质量和降低成本,然后与国外碳纤维去拼价格,抢市场。必须用目前已基本能用的国产碳纤维去开拓工业领域应用的新领域,把“蛋糕”做大,在新开拓的应用市场找到国产碳纤维的生存空间,实现自己的价值,在实现价值的同时提升国产碳纤维的质量和降低成本。在寻找生存空间时,国产碳纤维企业必须发挥积极作用,不能寄希望于工业领域的新用户主动使用国产碳纤维,为此国产碳纤维企业具备上下游密切配合的全产业链是必备条件。

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=204844
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2019-01-07
    • 在北京化工大学碳纤维楼的二楼,一个长形的房间内机器轰鸣,一卷米白色的原丝缓缓地被抽入设备内,这是对PAN原丝进行碳化前的预氧化处理。 《大国之材》第三集《碳纤维》摄制组前往拜访时,满头银发的徐樑华正穿着白大褂,在这条原丝碳化中试线上认真指导学生作业。 身兼国家碳纤维工程技术研究中心主任、北化碳纤维及功能高分子教育部重点实验室副主任、碳纤维及复合材料研究所所长等职,徐樑华扎根碳纤维研究领域已30多年,经历了国产碳纤维发展的一半历程。 在他看来,高校应该坚守基础研究、应用基础及前瞻性工作的定位。“一个人的精力是有限的,我们应坚守本分,把碳纤维产业的基础做好。” 打破固有思维 重树碳纤维国产化主流工艺 从20世纪60年代末到80年代,国产碳纤维经历了艰难的阶段,材料界从对其认知到科研力量皆为欠缺。 当时的碳纤维研发并未作为大协同的技术体系展开研究,从聚合、纺丝到氧化、碳化再到应用在当时条块分割的框架之下无法形成协调。 国民经济水平亦相对较低,与碳纤维的研发投入需求并不匹配。科研实力弱,缺乏先进技术的参考、借鉴,国内对碳纤维的认知水平并不高。 最关键的原因是,国产化主流技术未能找到。 因此,2000年以前,中国的碳纤维探索一直处于徘徊阶段。 随着市场对碳纤维需求的推动,国家和政府加大了对碳纤维研发的支持力度。“十五”期间在国家“863”项目推动下,形成了北京化工大学、中国科学院山西煤化所、山东大学为主要力量的三个相对集中的研发基地。 从事高性能聚丙烯腈(PAN)碳纤维科学技术研究,徐樑华深感使命重大,感叹不容易,“它需要有很淡定的心态才能做得出来” 。 上个世纪代表中国碳纤维水平的是硝酸法技术,然而硝酸法在国际上已经被淘汰,现在代表中国碳纤维水平的是二甲基亚砜法。当时国内已拥有二甲基亚砜技术,但是由于固有思维未突破被搁置。 徐樑华率领团队,基于PAN/DMSO间歇溶液聚合、一步法湿法纺丝工艺,在国内率先研发出二甲基亚砜溶液体系制备具有规整表截面结构碳纤维原丝的国产化技术,重新确立了二甲基亚砜原丝工艺路线在碳纤维国产化发展中的主体地位。 按此工艺生产的聚丙烯腈原丝的质量完全符合高强碳纤维生产的需要,国产碳纤维从此走上了从高强、高强中模、高模、高模高强有序发展的快速轨道。 徐樑华认为,重新使用二甲基亚砜法路线不仅仅是技术的转型,更是理念的转型。 冲出对标困局 实现国产技术自主创新 如果说本世纪初的碳纤维技术处于转型阶段,那么现在的碳纤维产业可谓处于升级阶段。“接下来进入碳纤维的产业化建设。”徐樑华说。 国产碳纤维近20年的发展速度远超前30年的发展速度,产业化成果累累。技术方面,从当时的T300到现在高强高模全覆盖。 虽坚守碳纤维产业的基础研究本分工作,徐樑华团队却不忘创新。徐樑华认为,国产碳纤维材料应实现自主创新,避免跟着国外的发展步伐走对标式的路。 “十五”期间,北京化工大学和山西煤化所分别展开了T700级碳纤维的研发。两者走的研究路线不一,山西煤化所走的是干喷湿纺路线,徐樑华团队提出了湿纺工艺制备国产T700级高强碳纤维的技术方向并得到了科技部的支持。 经过4年的努力,湿纺T700级碳纤维实现了关键技术突破,并应用到以光威为代表的碳纤维企业中,这意味着国产高强碳纤维产业化技术空白被填补上了。“这个原始创新是我们独有的,连日本都没有”。 实现国产碳纤维技术自主创新,无疑让徐樑华团队推动碳纤维国产化的信念更加坚定,“国产碳纤维发展到现在,我们可以不对标国外,做自己的技术”。 发挥碳纤维优势 实现价值最大化 中国碳纤维产业迈入了快速发展的第二个阶段。随着新能源汽车及其他现代工业的发展,“黑色黄金”迎来发展风口。 在此过程中,原丝生产技术、碳化生产技术及对应生产设备均不断发展完善,而下游的碳纤维终端应用则高端应用与低端应用并存。对于目前国产碳纤维发展现状有什么样的看法?徐樑华从企业定位和应用角度给出了答案。 以下是新材料在线®整理的对话内容(Q为新材料在线®,A为徐樑华): Q:国产碳纤维市场价格如何? A:第一,碳纤维具有特殊的优异性能,一定要将其性能用出来,它的价值才会体现出来。第二,现在碳纤维的产业发展有一个现象,盲目地扩大产能,大家觉得把它卖出去就行了。所以国内碳纤维的销售价一直较低,大家一直没有考虑到它的价值。 体现碳纤维价值化的应用需要把应用设计和应用服务这两个方面做好,其高价值化应用就体现出来了。 碳纤维不能跟玻璃纤维等去竞争市场,否则价值无法体现。碳纤维属于“贵族”材料,是高价值的材料,一定要用在该用的地方。如航天航空及国民经济领域中工业领域的一些高端装备。 但凡嫌碳纤维贵的应用领域,就不该去考虑,如此体现不出其价值。 Q:您如何看待碳纤维在风电、汽车、轨道交通上的应用? A:碳纤维不能去竞争低容量的风电叶片市场。 假如风电叶片容量要求变大了,就是碳纤维的天下了。比方5兆、7兆、10兆等大容量的风电叶片,需要将叶片做大,或者叶片的单位兜风面积要求增加。此时玻璃纤维因比重较大、刚度不够的限制,就无法满足了,而碳纤维在这两方面是强项。 所以海洋风电,或者大瓦数大功率风电叶片,一定要用碳纤维,其价值就能体现出来。 汽车是碳纤维的潜在市场。目前,碳纤维在汽车上的应用处于验证阶段,并不十分成熟。从全复合材料汽车到碳纤维加强车身,目前为止,我还是认为它是一种技术验证。 碳纤维在汽车领域的应用范围和方法,到现在为止未出现特别成熟的结论。此外中国没有特别高端的乘用车,汽车厂家利润水平本来不高,所以碳纤维复合材料在中国市场上的应用难度可能会更大一些。我认为碳纤维在汽车方面的应用是一种储备技术,或者说是验证性的应用。 不过,随着国家新能源汽车政策的推动,可能慢慢地会推进这方面的应用。但是绝对不能把应用压力都转移到碳纤维的低成本化方面,碳纤维的成本有一个理论目标,如果碳纤维企业无法盈利,整个行业就将不可持续发展。 碳纤维在汽车上的应用应把准碳纤维的综合优势,把应用技术发展起来。像现在碳纤维复合材料替代金属件这种模式,不是发展碳纤维复合材料在汽车上应用技术的正确的方向。 碳纤维在汽车上的应用最能发挥其价值的地方是加固、局部加强、和轻量化,但是其软肋是怕冲击。我认为抗冲击的任务,应由金属承担,如铝合金等轻质金属;加固方面则由碳纤维承担,两者结合起来,现在像宝马,也是走的这条路。 轨道交通方面,轻量化,从技术层面上来讲,是碳纤维非常好的应用点。比如高铁,需要用电驱动;而现在电网建设跟不上高铁的发展需要,特别是有些地方,因为电网不完善,高铁没法通过去。高铁的轻量化,是解决高铁耗电非常理想的途径之一。此外,随着耗电需求下降,电网的压力随之下降,从长远来讲,它效益也是可以体现的。 总之,碳纤维因其特性,在装备存在交互碰撞的领域使用并不很成功,而在不交互碰撞领域的使用很成功。 Q:在您看来,国内碳纤维应用的出路在哪里? A:据我总结,中国碳纤维应用市场,其实都是模仿西方国家。如此产生一个弊端,别人的市场开拓出来以后,蛋糕已经画好了,我们仅仅是从人家蛋糕里分一小块蛋糕。 西方发达国家隔几年就有新领域的应用发现,我们却没有。我们缺两个条件,一是材料的应用服务跟不上,做材料的不思考怎么把它用出去,只想着卖出去,市场地位不高;二是应用设计能力很差,未形成材料合理应用的主观思维,跟随西方国家的脚步。中国需要有正向设计能力,中国的复合材料真正要做强,一定要会自己开拓市场。 Q:针对目前的碳纤维湿纺和干喷湿纺两大产业化技术路线,您认为国内碳纤维要实现低成本化应如何推进? A:提速提束。一个是把速度提上来,一个把丝束提上去。 干喷湿纺优点是走速度,但它的丝束不容易提上去。湿纺纺丝的缺点是速度慢,但它的优点是可以把丝束提上去。这两个回归到一个共性问题,就是生产效率的提高,这都是低成本化的途径。 工业用碳纤维技术的发展,干湿纺是途径之一,但不是全部,大丝束也是个途径。现在从技术推进的话,两条腿都得走,一个是大丝束,一个是干湿纺。 目前国内大丝束技术只到48K,这方面下一步可能有两个任务要进行:一个是大丝束的纺丝和碳化技术,从碳纤维制备和工艺角度来讲,大丝束比小丝束难,技术问题也需要慢慢的去突破; 二是大丝束做复合材料,效率高,但是成型过程中间也有些技术要突破。