2021年下游需求量增加，上游供應(yīng)端日本一企業(yè)出現(xiàn)問題，國內(nèi)碳纖維供不應(yīng)求，幾乎所有的企業(yè)都加足馬力生產(chǎn)，很多碳纖維企業(yè)開工率在80%以上，甚至有的企業(yè)開工率超設(shè)計能力100%以上。2021年碳纖維企業(yè)實現(xiàn)了全面盈利，但隨之而來的就是碳纖維價格高企，比起2017年碳纖維額價格普遍漲了40%以上，很多企業(yè)都快受不了了。而低成本碳纖維，特別是工業(yè)級大絲束碳纖維成了大家都關(guān)注和努力的方向。

以前我們有一種誤解，往往會把低成本和技術(shù)含量低聯(lián)系到一起，但是很多時候成本要想真正的降低，必須具有本質(zhì)性的技術(shù)創(chuàng)新！

當然碳纖維是一個新興的產(chǎn)業(yè)，特別是目前還處于行業(yè)前期，還有很多可以精細化提升的地方。碳纖維不是碳的纖維，而是纖維狀的碳，因此涉及到紡絲和碳化，很多材料好做出纖維，不易碳化，好碳化又不易做出纖維。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，碳纖維根據(jù)前聚體分主要黏膠基、瀝青基和聚丙烯腈基（PAN基），而其中PAN基占90%以上，且低成本碳纖維目前也主要在這方面著眼。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，PAN基碳纖維主要形成了三條技術(shù)路線：1、DMSO一步法干噴濕紡工藝，其中以中復神鷹、中簡科技、恒神等為代表，2、DMAc兩步法濕法紡絲工藝，其中以吉林化纖為代表，3、NaSCN一步法濕法紡絲工藝，其中以上海石化、蘭州藍星為基礎(chǔ)，而光威復材在濕法和干噴濕紡都有布局。         

在2017年以前，因為下游應(yīng)用沒有得到充分的開發(fā)，絕大部分企業(yè)開工不足，產(chǎn)能和產(chǎn)量不匹配，造成碳纖維生產(chǎn)成本居高不下。文獻中碳纖維的成本構(gòu)成如下：     

產(chǎn)能和產(chǎn)量不匹配，無疑成本是無法計算的，而不同產(chǎn)能條件下碳纖維成本也是不一樣的，根據(jù)《PAN基碳纖維生產(chǎn)成本分析及控制措施》所述，隨著規(guī)模的擴大，原絲和碳纖維的生產(chǎn)成本都有較大幅度的降低。

而國際主流的碳纖維企業(yè)目前都在打造萬噸以上規(guī)模的企業(yè)，而吉林化纖、中復神鷹借這幾年國內(nèi)碳纖維需求快速增長的東風，迅速擴產(chǎn)首先實現(xiàn)萬噸規(guī)模的突破。

這是一個標志性事件，中國碳纖維企業(yè)實現(xiàn)快速成長，相信不久就會出現(xiàn)單個企業(yè)產(chǎn)量超萬噸的企業(yè)。而這個已經(jīng)實現(xiàn)，只有這樣國內(nèi)碳纖維企業(yè)才能成長強大起來，并可以參與到國際競爭中去。

雖然規(guī)模化可以形成集約化效應(yīng)和降低一部分公攤成本，但要進行技術(shù)提升，在現(xiàn)有的PAN基碳纖維路線下，相對成熟的降本方案就是：提速和提束。提速這些年來，各企業(yè)一直在做，所以在徐樑華老師的PPT報告中，濕法紡絲已經(jīng)達到300米/分鐘、干噴濕紡達到500米/分鐘，碳化速度也有較大幅度提高，如25K碳纖維240束達12米/分鐘、220束達13.5米/分鐘。

目前濕法和干噴濕紡是PAN基碳纖維的兩個主流方向：

上圖是濕法、干噴濕紡和相應(yīng)做出來的碳纖維的差別。干噴濕紡因為有了噴嘴到溶劑間一個小小的空氣段，更有利于高倍牽引拉伸，而這有利于高分子鏈的取向提高性能，也有利于提高速度。而濕法紡絲因為出來就進入溶劑，表面凝固，拉伸時表面破裂，不利于高速拉伸，而且對纖維強度有影響。但濕法紡絲因為表面凝固了，所以適合生產(chǎn)大絲束碳纖維。

提速和提束對降低成本的貢獻如何？我們也可以做一個分析，同樣的產(chǎn)能翻倍，是速度提高一倍容易？還是絲束提高一倍容易？當生產(chǎn)速度比較低的時候，翻倍比較容易，而現(xiàn)在原絲生產(chǎn)速度都在數(shù)百米以上，碳化速度也在10多米以上，生產(chǎn)速度提高一倍，難度系數(shù)就很大了。而相應(yīng)的絲束翻倍，從25K到50K，相對就更容易一些。這就是為什么行業(yè)關(guān)注低成本碳纖維主要是大絲束碳纖維的原因了！大絲束碳纖維難度系數(shù)低一些，并不是說就沒有難度。最簡單的就可以看原絲生產(chǎn)中噴嘴的孔多了，絲束中每根絲與絲間是否有干涉，且噴嘴變大了每根絲的張力是不一樣的，高速拉伸中缺陷會不會更多等。而在碳化中，我們做一個簡單的比較就知道了，其實碳纖維碳化基本原理和賣炭翁中燒炭原理差不多，那么燒一根很粗的木頭和細木頭，哪個燒得透呢？從這方面看，低成本就并不意味著技術(shù)含量低了！但目前好消息就是國內(nèi)有大絲束碳纖維成套的碳化裝備市場化工藝，而且設(shè)備成本大幅度降低！

上圖我們可以看出碳纖維涉及多個工序、多個產(chǎn)業(yè)配合，而有效的利用產(chǎn)業(yè)鏈配合，也可以有效的降低成本。舉一個簡單的例子，碳纖維生產(chǎn)需要很多的能源特別是電能，這也是為何中復神鷹、光威復材去西部建廠的原因。這個問題有沒有好的解決方案呢？我在碳纖維的風電生態(tài)鏈中就提高到了這個設(shè)想，我們可以利用風電、光伏等新能源來降低能源成本。

當然，如果要想成本有本質(zhì)性的降低，就要有相對顛覆性的技術(shù)出現(xiàn)了。日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）提出了全新的碳纖維生產(chǎn)工藝，該工藝可以實現(xiàn)單線產(chǎn)能20000噸以上，遠超現(xiàn)在的單線產(chǎn)能：

該方法提出包括新型前聚體，微波（輻照）碳化工藝等，這些都具有較大的挑戰(zhàn)性！

而橡樹嶺國家實驗室（ORNL）也宣布開發(fā)出一種新的高速氧化方法，即交聯(lián)聚丙烯腈基碳纖維加工過程，使其固有的獨特直鏈能經(jīng)受住高溫加工過程；同時還開發(fā)了一種微波等離子體裝置，組合典型獨立和有序的碳化以及石墨化過程，簡化生產(chǎn)工藝，上述工藝可節(jié)省成本2.2美元/kg。與此同時，構(gòu)思出采用聚丙烯腈外的其他材料作高性能碳纖維用原絲，包括低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯等聚烯烴類高分子材料及木質(zhì)素等，或是通過改進現(xiàn)有聚丙烯腈原絲的工藝技術(shù)，例如采用化學改性、輻照穩(wěn)定化處理等，達到降低原絲成本的目的。

碳纖維低成本之路一直會堅定的走下去，而行業(yè)內(nèi)最大的期待，也可能是碳纖維最大的甲方汽車工業(yè)也在很久以前就提出了一個大批量應(yīng)用的目標：10美金/公斤.......