高性能纖維和復(fù)合材料，是材料科學(xué)中又一塊極其重要的領(lǐng)域。
在這片領(lǐng)域中，最具代表性的就是碳纖維。碳纖維是一種主要由碳元素組成的高性能纖維，它既具有炭素材料的固有特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是一類性能神奇、用途廣泛的化工新材料，有“新材料之王”和“夢幻材料”的美譽，廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸、體育休閑等產(chǎn)業(yè)。
在工信部《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》中，碳纖維以及以碳纖維為基礎(chǔ)的一系列復(fù)合材料不僅僅是六大發(fā)展重點之一，而且還被列入“十大重點工程”，工程目標是“到2015年，碳纖維產(chǎn)能達到1.2萬噸，基本滿足航空航天、風(fēng)力發(fā)電、運輸裝備等需求。”
遺憾的是，當(dāng)前我國碳纖維產(chǎn)業(yè)與國外先進國家有較大的差距，日本、美國和德國等掌握著核心技術(shù)，長時間對中國進行技術(shù)封鎖并形成產(chǎn)品壟斷，致使近年來我國碳纖維的進口率一直維持在80%以上。
不過，在國家政策扶持和研發(fā)投入支持下，我國碳纖維的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化正處于歷史最好時期。
本文中要探討的高性能纖維，主要包括了碳纖維、芳綸和玻璃纖維等三種，以及涉及以上新材料生產(chǎn)的行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)——方大炭素(600516,股吧)和長海股份(300196,股吧)。
碳纖維進口替代空間80%
如上所述，高性能纖維主要包括碳纖維、芳綸、玻璃纖維等幾大品種，其中，碳纖維由于其優(yōu)異的性能和極其廣泛的市場應(yīng)用成為重中之重。
從碳纖維的分類看，按照原絲類型可以將碳纖維分為聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF）、瀝青基碳纖維、粘膠基碳纖維；按照規(guī)格可以分為大絲束碳纖維和小絲束碳纖維；按照性能可以分為通用級碳纖維和高性能碳纖維。
碳纖維為什么能成為“新材料之王”？
先來看看碳纖維的特性：碳纖維的含碳量在90%以上，呈黑色，具有強度高、比模量高（強度為鋼鐵材料10倍，質(zhì)量僅有鋁材的1/2）、質(zhì)輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、摩擦系數(shù)低、耐高低溫等優(yōu)越性能。
尤為重要的是，碳纖維是高性能復(fù)合材料中增強基材，也就是說，碳纖維是樹脂基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料等高性能復(fù)合材料（本期調(diào)查研究其他文章中會逐一探討）最重要基材。這需要從碳纖維的產(chǎn)業(yè)鏈說起。
從碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈來看，最上游是原絲，碳纖維處于中游，而下游是碳纖維復(fù)合材料及碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)品。
其中，由聚丙烯腈原絲制得的碳纖維——即聚丙烯腈基碳纖維（PAN-CF），生產(chǎn)工藝比其他方法簡單，而且產(chǎn)品的力學(xué)性能優(yōu)良，用途廣泛，目前產(chǎn)量約占全球碳纖維總產(chǎn)量的90%，占據(jù)絕對主流。
PAN-CF的生產(chǎn)成本主要包括原絲成本、電力消耗成本、氨氣制備成本和人工成本等。其中原絲是碳纖維生產(chǎn)成本中占比最大的部分，大約占到總成本的50%-60%。
通過原絲制得的碳纖維通常不會被單獨使用，按照不同的配比，碳纖維一般只通過與樹脂、金屬或者陶瓷等基體材料進行復(fù)合后再使用，常見的碳纖維復(fù)合材料包括碳纖維增強樹脂、碳纖維增強碳基復(fù)合材料（即C/C復(fù)合材料）、碳纖維增強金屬基復(fù)合材料、碳纖維增強陶瓷基復(fù)合材料等。
下游的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛：從全球來看，碳纖維在航天航空、體育休閑、一般工業(yè)應(yīng)用比例分別為22%、17%、61%。
碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈每一級的深加工，都會產(chǎn)生高幅度增值。業(yè)內(nèi)有這樣一種說法：如果生產(chǎn)碳纖維的利潤是1，那么加工成預(yù)浸料后的利潤是2-4，而加工成復(fù)合材料的利潤將是4-8。也就是說，碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈中自上而下的每一級深加工都會產(chǎn)生高幅度的增值。
近年來，碳纖維需求量保持了15%左右的增速。機構(gòu)預(yù)測，2013年中國碳纖維需求量將達到1.66萬噸，比2012年大幅增加47.6%，市場空間巨大。
具體來看，2010年我國碳纖維消費量約7800噸，約占世界總消費量的16%，約85%依賴進口。不過，我國碳纖維消費領(lǐng)域以中低端的體育休閑為主，占比65%，而高端領(lǐng)域航空航天的應(yīng)用只占4%；按照2011年國內(nèi)消費量1萬噸、國內(nèi)產(chǎn)量2000噸計算，進口量約為8000噸，也就是說，目前我國碳纖維進口依賴度約為80%，進口替代空間巨大。
碳纖維前景無疑一片光明，但我國碳纖維發(fā)展卻依舊仍重而道遠。
從碳纖維的歷史來看，世界碳纖維材料研究始于20世紀60，而碳纖維材料的工業(yè)化生產(chǎn)則開始于20世紀70年代，并在2004年以后處于急速擴張的狀態(tài)。
我國也在20世紀60年代開始研究碳纖維，基本與國外同步，但發(fā)展卻非常緩慢，研制和生產(chǎn)水平大約相當(dāng)于國外上世紀70年代末期水平，落后國外先進水平30年以上。
碳纖維的生產(chǎn)與其他很多新材料相似，都具有工藝流程長、技術(shù)關(guān)鍵點多的特點，是一種多學(xué)科、多技術(shù)的集成工藝，生產(chǎn)技術(shù)壁壘很高。目前，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本東麗公司、東邦公司和三菱人造絲公司手中，這3家企業(yè)技術(shù)嚴格保密。
而目前我國碳纖維的生產(chǎn)，面臨著原絲質(zhì)量不過關(guān)、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)線規(guī)模小和產(chǎn)品質(zhì)量有待提高等問題。以12K的碳纖維產(chǎn)品為例，國外產(chǎn)品當(dāng)前的市場銷售價格大約在150-220元/kg，而很多國內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)成本都在這個價格之上。
國內(nèi)涉及碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)的上市公司，主要有上游原絲生產(chǎn)企業(yè)奇峰化纖、S上石化，碳纖維生產(chǎn)企業(yè)方大炭素、中鋼吉炭(000928,股吧)、金發(fā)科技(600143,股吧)，下游復(fù)合材料產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)博云新材(002297,股吧)、三普藥業(yè)(600869,股吧)等。
另外兩種重要的高性能復(fù)合纖維是芳綸和玻璃纖維。其中，芳綸包括同位芳綸、對位芳綸等產(chǎn)品，技術(shù)含量高，是傳統(tǒng)氨綸材料的升級替代品。國內(nèi)市場上，泰和新材(002254,股吧)是芳綸產(chǎn)品的龍頭企業(yè)。玻璃纖維行業(yè)相對成熟，不過國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)都還停留在生產(chǎn)初級的玻纖紗階段，長海股份擁有玻璃纖維上中下游比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈和配套，最值得關(guān)注和跟蹤。
