中国碳纤维市场崛起:颠覆日美垄断格局

碳纤维作为一种战略性新型材料,在国民经济和国防建设中具有重要作用。长期以来,全球碳纤维市场一直被日本和美国企业垄断。然而,随着中国企业的追赶和自主创新,这种格局正在发生变化,中国正在成为全球碳纤维市场的重要力量。

最近,日本东丽公司社长日觉昭广在接受媒体采访时表示,中国通过国家层面的推动和采用材料信息学手法,其技术进步构成了威胁,但日本企业凭借积累的坚实基础数据仍然能够保持优势地位。中国碳纤维企业近年来迅速崛起,数量已占全球近七成,并且整体产能位居全球第三。那么,中国的碳纤维技术和市场进步到了什么程度?日本的优势又能保持多久呢?

碳纤维的重要性与特点

碳纤维是一种含碳量大于95%的纤维材料,由聚丙烯腈、黏胶纤维、沥青纤维等有机纤维在高温下碳化制得。根据力学性能和纤维丝束大小的分类,碳纤维可分为标准模量、中模量和高模量,以及小丝束和大丝束两大类。聚丙烯腈基碳纤维占碳纤维总量的92%,沥青基碳纤维占7%,黏胶基碳纤维只占1%。

碳纤维具有耐腐蚀、抗氧化、高强度、耐高温、不生锈等优良性质。虽然碳纤维不能承受横向冲击和磨损力,但它常被用作增强材料,加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中,构成复合材料。树脂型复合材料是应用最广泛的碳纤维产品。

碳纤维的直径通常在10微米左右,细如头发。它的拉伸强度可以达到钢的7至9倍,同时比重仅有钢的四分之一。在极高温度下,碳纤维不会发生变化,而其他纤维早已燃烧成灰。

碳纤维的应用领域广泛,从1972年开始市售的碳纤维增强树脂钓鱼竿算是首个市场化应用。之后,碳纤维迅速应用于工业制造和尖端科技领域。小丝束碳纤维主要应用于国防军工、航空航天、卫星导弹以及休闲体育用品领域,而大丝束碳纤维主要应用于工业和民用领域。

碳纤维在导弹、航空航天器、船舶、交通工具、风电叶片、电动汽车、燃料电池、电力电缆、压力容器、医疗设备、体育休闲用品等众多领域都有实际和潜在的应用。

碳纤维市场的发展与全球格局

多年来,日美等企业垄断着全球碳纤维市场,但中国正在迅速迎头赶上。根据《2018全球碳纤维复合材料市场报告》的统计数据,2018年全球碳纤维销售额达到25.71亿美元,比2017年增长了9.7%。其中,航空航天行业销售额占据了近一半。其他销售额较高的行业依次是体育休闲、风电叶片、汽车和混配模成型需求应用。

全球碳纤维市场的格局正在发生变化。根据统计数据,2018年全球碳纤维产能为15.48万吨,其中美国、中国(含台湾)和日本的碳纤维产能分别为3.73万吨、3.56万吨和2.68万吨,三国累计占全球产能的66%。

日本是碳纤维强国,经过数十年的积累发展。1959年,日本发明了用聚丙烯腈为原丝加张力牵伸制造碳纤维的方法。东丽公司于1971年将碳纤维商业化,并且在民用航空和军事领域得到广泛应用。东丽公司在小丝束碳纤维领域占据全球26%的市场份额,加上日本东邦和三菱,三者合计占全球小丝束碳纤维产能的70%以上。

美国碳纤维的发展也起源于上世纪50年代,并取得了初步成果。在1970年代的石油危机之后,美国政府大力支持碳纤维的研究和应用,主要集中在大丝束碳纤维领域。赫氏公司在大丝束碳纤维领域占据全球58%的市场份额,并且其产品应用在F-22、F-35、空客A350等航空、军工装备上。

中国的碳纤维研究起步较晚,但近年来取得了巨大进展。早在1975年,中国就开始联合研究所和企业进行碳纤维的攻关工作。然而,由于国际环境的限制和国内资源的短缺,碳纤维的研发进展相对较慢。直到2001年,国家863计划设立了碳纤维关键技术304专项,中国碳纤维的发展才重新燃起。特别是自2007年以来,中国碳纤维工厂如雨后春笋般涌现,推动了中国碳纤维市场的迅速壮大,并且进入了全球前三。

目前,中国碳纤维企业数量占全球的67%。在政策推动和国内产业快速发展的背景下,中国碳纤维企业通过技术升级正在改变全球碳纤维市场的格局,对日本、美国等国的相关企业构成了冲击。这也是日觉昭广所说的“中国技术进步构成威胁”的重要原因之一。

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