回首2023年，在整個化纖行業中發生了很多大事，小編公司屬于碳纖維材料領域，那這里給大家進行匯總，主要包括：日本東麗宣布全面增加碳纖維產能、亞洲/美洲/歐洲分工廠紛紛擴產，國內突破第三代碳纖維技術、逐漸縮小與國外差距，韓國曉星布局中國碳纖維市場、成首個來華碳纖維設廠的海外企業，風電市場萎靡導致工業級碳纖維銷售受阻，連續碳纖維熱塑性單向帶的國產化量產等等。
1、全球碳纖維龍頭企業——日本東麗全面開啟碳纖維擴產計劃
2023年3月27日，日本東麗公司正式發布了2023-2025年中期管理計劃項目AP-G 2025，在2025 中期管理計劃期間，公司將持續擴大碳纖維及其復合材料業務板塊的投資并提高其預期營收，除擴大風電葉片、氫燃料電池汽車等碳纖維市場以外，還將及時捕捉日益復蘇的航空市場，并服務于日益增長的城市空中交通(如電動飛機)等移動領域。
2023年6月，東麗公司發布了最新碳纖維市場分析報告，根據該公司預測，2022年全球碳纖維需求為12.83萬噸，而到2025年全球對碳纖維需求有望達到20.37萬噸，2022-2025年期間復合年增長率高達17%。基于上述市場判斷，公司制定了擴產規劃(如下表所示)，到2025年中期，東麗公司至少增加7500噸/年的小絲束碳纖維，其中用于壓力容器高強型碳纖維6500噸/年，用于核能領域鈾離心機的高模量碳纖維1000噸/年;而Zoltek公司在墨西哥新增的2500噸/年產能也會適時啟動。
2023年7月13日，東麗公司宣布計劃在美國和韓國兩家碳纖維工廠增加小絲束(常規絲束)碳纖維的生產能力，經過該投資將使東麗集團的小絲束碳纖維年產能增加20%以上，到2025年有望達到3.5萬噸。這兩家工廠分別為東麗復合材料美國公司在美國南卡羅來納州的斯帕坦堡(Spartanburg)工廠，以及東麗先進材料韓國公司在韓國慶尚布道(Gyeongsangbuk-do)的古米(Gumi)工廠。
2023年10月3日，東麗公司宣布決定擴大法國子公司東麗碳纖維歐洲公司的中/高模量(小絲束)碳纖維的生產產能。通過此次擴產，將使東麗歐洲公司位于法國西南部Abidos工廠的年產能從每年5000噸提高到6000噸，新產能預計2025年投產(閱讀原文)。早在2022年11月30日，日本東麗歐洲子公司——東麗碳纖維歐洲公司(Toray Carbon Fibers Europe，Toray-CFE)宣布決定投資約1億歐元，在其位于法國西南部的工廠建設一條新的生產線，產能1000噸，主要包括中模量/高模量級碳纖維，建設工作計劃于2023年下半年開始，預計將于2025年底開始生產。
2023年10月23日，東麗子公司—韓國東麗先進材料公司開始擴大其在韓國的碳纖維生產能力，并在慶北龜尾第四工廠舉行了奠基儀式，標志著該公司第三條碳纖維生產線擴建項目正式開工。目前TAK具備高性能碳纖維的年生產能力為4700噸，而第三條生產線通過擴建3300噸產能，將使TAK年生產能力提高到8000噸/年。
截至2023年3月，日本東麗小絲束碳纖維全球產能為2.87萬噸/年，主要包括日本本土愛媛縣8970噸/年、法國Soficar的5200噸/年、美國CMA9900噸/年以及韓國TAK4700噸/年;大絲束碳纖維產能為3.5萬噸/年。根據上述陸續進行的擴產計劃，預計2025年東麗公司小絲束碳纖維將達到3.5萬噸/年，加之大絲束碳纖維3.5萬噸/年，因此2025年東麗公司全球碳纖維產能有望達到7萬噸/年，而后續隨著2500噸/年大絲束碳纖維的規劃并提上日程，有望超過7萬噸/年。
日本東麗公司2023年3月全球碳纖維最新產能情況(見下圖)
2、國內第三代碳纖維取得新進展，逐步縮小與國外的技術差距
根據全球碳纖維龍頭企業——日本東麗公司對碳纖維分代劃分，自上世紀70年代以來，高性能PAN基碳纖維經歷了三代碳纖維產品的發展，分別如下所示：
第一代：1970年代，碳纖維實現工業生產的初期，纖維絲束規格為3k-6k，代表性產品包括：T300、M30、M40、M46、M50等級別碳纖維;
第二代：1980-2000年代，碳纖維實現高強度、高模量化，并具有高生產率，纖維絲束規格6k-24k，代表性產品包括：T700S、T800H、T800S、T1000、M30S、M35J、M40J、M46J、M50J、M55J、M60J、M65J(技術突破但未商品化)、M70J(技術突破但未商品化)等級別碳纖維。
第三代：2010-如今，碳纖維進一步高強度、高模量化，纖維絲束規格≥12k，代表性產品T1100G和M40X。
從上述內容及圖片可以看出，第三代碳纖維代表性產品主要包括T1100和M40X兩款碳纖維。目前東麗公司尚未進行M40X型碳纖維商業化生產，每年會生產大約2噸左右，而限量生產的M40X碳纖維大多專門提供給東麗下屬預浸料生產公司，該纖維由于具有優異的性能，因此在各種領域中均可顯著降低零部件的重量。
2023年11月，國內在第三代M40X型碳纖維技術領域迎來最新進展。11月9日，中國紡織工業聯合會在江蘇省丹陽市組織召開了由江蘇恒神股份有限公司、中國科學院寧波材料技術與工程研究所和哈爾濱工業大學共同承擔的“超高強高模碳纖維(HF55M)工程化關鍵制備技術”項目鑒定會，鑒定委員會認為項目成果達到國際先進水平。超高強高模碳纖維(HF55M)的拉伸強度≥5800 MPa、拉伸模量≥377 GPa、斷裂伸長率≥1.50%，主體性能指標對標了日本東麗公司于2018年11月研發成功的M40X型碳纖維(拉伸強度5700MPa、拉伸模量377GPa)。
項目開發了連續長周期聚合及高分子量、窄分布聚丙烯腈紡絲原液制備技術;研發出高溫高濃凝固成型技術;研制出聚丙烯腈纖維預氧化碳化結構調控與納米缺陷控制技術。結合復合式電化學表面處理工藝，研制出完整的超高強高模碳纖維工程化技術。建成了十噸級超高強高模HF55M碳纖維工程化生產線，產品經第三方檢測，碳纖維拉伸強度≥5800 MPa, 拉伸模量≥377 GPa，斷裂伸長率≥1.50%，目前該款產品通過了多家應用單位多批次試用，并已實現批量銷售，能夠滿足未來國防及高端裝備領域對碳纖維復合材料性能均衡化的要求，具有良好的社會和經濟效益。
3、韓國曉星布局中國市場，成首個來華設碳纖維廠的境外企業
韓國曉星公司(Hyosung Advanced Materials)目前產品涉及纖維、鋼線、復合材料三大主要領域，其中纖維主要包括輪胎補強材料用纖維、工業絲、地毯用原絲、芳綸、碳纖維等，而復合材料主要為用于汽車、運動休閑、航空、產業等領域的碳纖維經編織物、預浸料(Prepreg)等。
2022年11月24日，曉星碳材料(江蘇)有限公司注冊成立，該公司是韓國曉星公司全資子公司，公司注冊地位于江蘇省徐州市新沂市經濟開發區香港路1號，注冊資本2900萬美元。
2023年2月3日，《曉星碳材料(江蘇)有限公司年產26400噸碳材料項目建設項目用地預審與選址意見書》在徐州新沂市自然資源和規劃局網站公示。根據公示內容，項目建設單位為曉星碳材料(江蘇)有限公司，該年產26400噸碳材料項目建設項目用地總面積為19.8159公頃，其中建設用地為8.7197公頃。
2023年2月18日，韓國曉星高性能碳纖維新沂產業基地開工活動舉行，該項目由曉星碳材料(江蘇)有限公司投資建設，項目建設內容為年產26400噸碳材料項目，項目用地總面積為19.8159公頃，其中建設用地為8.7197公頃。經確定，建成達產后，本項目預計可年產0.96萬噸高性能碳纖維及1.68萬噸碳纖維復合材料，實現年銷售額超100億元。
2月18日韓國曉星高性能碳纖維新沂產業基地開工
作為首家境外來華投資碳纖維的公司，本號撰寫了《深度揭秘首家境外來華投資碳纖維產線的韓國曉星公司及其如何影響國內市場》一文，深入探討了曉星布局中國市場對國內碳纖維產業影響，根據小編預測，韓國曉星進入國內市場后根據碳纖維產品目標應用領域，其主要競爭對手可能為中復神鷹公司，對于國內市場，兩家企業各有優勢。
4、風電葉片等終端領域遇階段調整，工業級碳纖維銷售遇阻
12月初，國際著名的咨詢公司Wood Mackenzie表示，由于美國海上風電行業的財務困難，以及中國對于風電項目的審批和裝機進展緩慢，未來十年，全球風電行業新增裝機容量將低于此前的預期。據悉，全球最大的海上風電場開發商Orsted、能源巨頭BP、挪威Equinor已對其美國海上風電投資組合進行了價值數億美元的減值，理由是螺旋式上升的融資成本和供應延遲。
風電葉片市場萎縮也給包括大絲束碳纖維在內的工業級碳纖維制造商帶來一定的下行壓力，比如11月2日，全球知名大絲束碳纖維制造商——德國SGL Carbon公司發布了2023年前三季度報告，由于風電行業的需求持續不足，碳纖維的銷售額下降了8940萬歐元，降幅為33.2%，由去年同期的2.69億歐元降至1.796億歐元。
對于國內市場而言，除了全球風電葉片市場遭遇調整以來，另外一個因素也給工業級碳纖維發展帶來負面影響，即：國內大規模新建產能陸續投產，工業級碳纖維大量投放市場，導致碳纖維價格呈現持續下降，部分型號產品價格已經降至100元/kg以內，甚至低于90元/kg。
5、國外公司紛紛研發生物基AN，以降低碳纖維生產中的碳排放
早在2019年，美國Southern research公司公布了一項研究計劃，旨在開發一種利用非食品碳水化合物生產AN的高成本效益工藝。作為生物基AN研究的一部分，Southern Research進行了生命周期評估(LCA)，對生物基AN以及石油基AN進行了比較。結果表明，生物基AN制造每磅成品的碳足跡為-1.57磅當量CO2，而石油基AN生產每磅成品碳足跡為3.5磅當量CO2。
隨后美國Trillium Renewable Chemicals公司獲得了Southern Research公司AN生產工藝的許可。2022年初，Trillium和碳纖維制造商索爾維復合材料簽署了一份發展Bio-ACN供應鏈的意向書。根據這項協議，索爾維將于2023年對Trillium的生物基AN進行分析，以驗證其化學和成分。2024年，索爾維將進行生物AN的生命周期評估。
Trillium Renewable Chemicals的員工在該公司位于美國西弗吉尼亞州查爾斯頓的試驗生產線上工作，該生產線生產來自豆油原料的Bio-ACN。
而在亞洲方面，為了實現2050年碳中和，在化石燃料衍生品產品鏈中減少CO2排放的措施正在獲得勢頭，并且越來越多的客戶正在尋求使用低CO2排放的產品來制造，以有助于溫室氣體(GHG)的減少。在這種情況下，旭化成公司和TSPC試圖減少整個供應鏈中的CO2排放量，而在2021年10月TSPC成為了亞洲第一家獲得ISCC PLUS 認證的制造商。該認證系統使TSPC能夠使用通過質量平衡法分配的生物質原料生產和銷售AN。
2021年10月，作為一個多元化的日本跨國公司，Asahi Kasei Corp.(旭化成公司)宣布位于韓國首爾的全資子公司通蘇石化有限公司(Tongsuh Petrochemical Corp. Ltd.，TSPC)因為實現了丙烯腈(AN)的可持續從而獲得了廣泛認可的國際可持續發展和碳認證(ISCC)。該公司計劃于2022年2月開始使用生物基丙烯生產AN材料。
為了實現2050年碳中和，在化石燃料衍生品產品鏈中減少CO2排放的措施正在獲得勢頭，并且越來越多的客戶正在尋求使用低CO2排放的產品來制造，以有助于溫室氣體(GHG)的減少。在這種情況下，旭化成公司和TSPC試圖減少整個供應鏈中的CO2排放量，而在2021年10月TSPC成為了亞洲第一家獲得ISCC PLUS 認證的制造商。該認證系統使TSPC能夠使用通過質量平衡法分配的生物質原料生產和銷售AN。
2023年6月，日本帝人公司宣布其位于日本靜岡縣的三島工廠生產的Tenax™碳纖維和聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)前驅體纖維已獲得國際可持續發展和碳認證體系的ISCC PLUS認證，這是全球首次碳纖維和PAN前驅體纖維同時獲得該認證。PAN前驅體纖維由可持續丙烯腈(acrylonitrile，AN)制成，它使用了生物基衍生產品或回收原料中的廢物和殘留物，并采用質量平衡法生產。通過該方法，可以通過復雜的價值鏈對材料進行可驗證的跟蹤，由于可持續AN具有與石油衍生AN相同的物理性能，基于該可持續材料的PAN和Tenax™碳纖維具有與同等化石基產品相同的物理特性。
這種相似性使客戶能夠輕松地用更可持續的替代品取代Tenax™碳纖維，從而有助于在整個產品生命周期內減少溫室氣體(GHG)排放,帝人公司預計將于2024年上半年在三島工廠采用質量平衡法進行PAN和Tenax™碳纖維的商業化生產。
2023年11月20日，日本東麗公司官網發布消息稱，其法國子公司——東麗碳纖維歐洲公司(Toray Carbon Fibers Europe S.A.)在其位于法國西南部的Lacq和Abidos生產廠獲得ISCC PLUS認證。該認證可使東麗碳纖維歐洲公司通過質量平衡方法分配和使用生物質或回收材料來生產和供應碳纖維。
東麗碳纖維歐洲公司將于2023年底開始生產源自生物質和回收原材料的碳纖維. 此外，東麗在日本的愛媛工廠計劃在2024年3月前獲得ISCC PLUS認證，并在2024年底前開始生產纖維。在美國，東麗美國子公司——Toray Composite Materials America位于阿拉巴馬州迪凱特的碳纖維工廠也計劃在2024年獲得該認證。隨著這三個工廠獲得認證，東麗集團打算在日本、美國和歐洲的工廠使用生物質或回收原材料生產碳纖維，確保向全球客戶穩定供應。
2023年12月21日，日本帝人公司官網宣布，為了在減少溫室氣體排放領域做出積極貢獻，公司已經開始生產和銷售使用環保型原料(生物基丙烯腈AN)的碳纖維。帝人公司此次將采用基于可持續產品國際認證的質量平衡方式，開始生產和銷售使用環保型原料的Tenax™碳纖維。
6、采用碳纖維復合材料的深潛器發生內爆，行業公司釋疑
2023年6月18日，包括OceanGate創始人兼首席執行官斯托克頓·拉什，77歲的前法國海軍軍官保羅·亨利·納吉萊特，58 歲的英國億萬富翁、冒險家Hamish Hardin，48 歲的巴基斯坦商人Shahzada Dawood和他的兒子蘇萊曼在內的五名乘客搭載一艘深海潛水器觀看歷史悠久的泰坦尼克號沉船事故。這艘名為“泰坦號(Titan)”深海潛水器在出發約1小時45分鐘后便失聯，當地時間22日下午，美國海岸警衛隊宣布“泰坦號”潛水器已在沉船地點附近發生災難性內爆，5名乘員全部死亡。
據OceanGate報道，“泰坦”號是使用航空航天級碳纖維制造的，將其重量減輕到其他深潛載人潛水器重量的一小部分。2020年2月26日，OceanGate公司宣布已經與美國宇航局NASA達成協議，合作開發、制造和測試新型碳纖維壓力容器。NASA位于阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心將作為一個新的航空級船體的開發和制造基地。這項設計工作是OceanGate完成其最新的獨眼巨人潛水器的關鍵，該潛水器計劃搭載五名船員下潛到6000米。根據關閉的OceanGate網站，該公司用鈦和細絲纏繞的碳纖維建造了“泰坦”號。
自從OceanGate公司“泰坦號”旅游潛水器的發生災難性事故以來，該公司使用碳纖維復合材料建造潛水器的耐壓殼體備受質疑，因為行業標準是用鈦制造耐壓外殼。但是，深潛用碳纖維壓力容器真的不堪一擊嗎?事實上，羅德島州一家專門為潛水器建造碳纖維壓力容器的公司已經編制了一份令人印象深刻的安全性和可靠性記錄，稱只要容器設計和測試得當，這種材料就可以用于這種應用。
OceanGate公司“泰坦號”深海潛水器
截至目前，這家名為復合能源技術公司(Composite Energy Technologies，CET)已成功建造了數十艘碳纖維深海壓力容器。公司總裁Chase Hogoboom在接受采訪時表示，CET公司致力于為商業和政府客戶(如海軍研究辦公室)提供碳纖維壓力容器，這些這些壓力容器在比泰坦尼克號更深的地方潛水時從未失敗過。
CET公司斷言，如果結構適當，循環疲勞就不是問題。為了證明這一點，Hogoboom公布了他的公司在深海應用中的產品記錄。“我們建造的船只在深海壓力下循環使用了200次，然后發生內爆，這些船只在與新船只相同的深度失效。”Hogoboom解釋說，關鍵是要認真設計和測試復合結構。他說：“我們對已經建成的設施的實力有很高的信心。我們使用工程模型，以驗證所建模的內容，但是也存在失敗案例。這是OceanGate跳過的關鍵一步，”Hogoboom表示。制造過程中的一些重要因素包括所用碳纖維的布局和纖維方向。但正如在蘭博基尼鋪放碳纖維的經驗中所積累到的專業知識一樣，制造差異可能會破壞預期結果，而這些差異可以決定該項目的最終強度。
7、連續碳纖維熱塑性單向帶的國產化量產
智上新材的連續碳纖維熱塑性單向帶的量產：材料領域中的高性能追求是不變的主題，如何更好的激發出碳纖維的高性能優勢成為了大家關心的問題。摒棄傳統的熱固性樹脂，選擇采用熱塑性樹脂的方法成為了該領域的科研重點。但受限于熱塑性樹脂不同于傳統熱固性樹脂，粘度高，在浸漬過程中不能浸漬徹底，該難題讓很多人望而卻步，我國本身在碳纖維領域的技術就落后于國外，國外掌握該技術更是對我們進行了技術封鎖，想要該高性能的碳纖維復合材料只能埋頭苦干，在過去的2023年，智上新材料科技有限公司就率先成為國內完成該項技術的廠家，并且完成量產。
智上新材：前身為無錫智上新材，從2014年開始從事碳纖維領域的原材料到制品定制化生產，于2019年新建2萬平廠房，專門用于連續碳纖維增強熱塑性復合材料的研發，提供該材料從生產到銷售再到實際應用需求解決方案的服務高新技術企業。現如今量產的PEEK、PPS等熱塑性碳纖維單向帶制作的產品以及被應用到軌道交通、醫療器械、高精密機械等多領域中去。成功擺脫了連續碳纖維增強熱塑性復合材料依賴國外進口的難題，遵循技術就是生產力的企業發展觀，向著“航母級熱塑性碳纖維復合材料供應商”的目標前進，早日實現“材料強國”的愿景。
8、開發出8.0GPa碳纖維，日本東麗再次引領全球高性能碳纖維發展
最早在本號2023年7月份撰寫的兩期文章《為應對航空復蘇及預期增長，日本東麗正在研發強度8GPa的超高強度碳纖維》(閱讀原文)以及《深度解密日本東麗公司最新碳纖維發展戰略(6)公司未來發展的三大戰略》(閱讀原文)中明確提出了日本東麗公司正在研發的超高強度碳纖維的拉伸強度高達8.0GPa、拉伸模量310-320GPa。
根據公司碳纖維產品發展戰略，將繼續不斷追求碳纖維的“輕量化、高強度”，因此公司著意于通過導致纖維斷裂的表面缺陷的納米級控制來進一步提升碳纖維的拉伸強度，從而滿足飛機、壓力容器、高端體育器材等領域對高強度材料的需求。不出意料的是，2023年10月29日，日本東麗官網正式宣布推出拉伸強度8.0GPa、拉伸模量315GPa的T1200型超高強度碳纖維。
小編針對東麗公司發布T1200型碳纖維信息也進行了深入剖析，根據日本東麗官網的說法，此次公布T1200型碳纖維的信息，是基于各國的公司不斷加強的傳統高強度碳纖維產品的供應能力，鑒于對高強度碳纖維的需求明顯上升，東麗必須做出回應;而據小編估計更多原因是來自于近年來我國在超高強度碳纖維領域的突破，因為截至目前國內已有包括威海拓展、中復神鷹、江蘇恒神等在內的多家企業宣布突破了T1100碳纖維技術。而在去年12月中簡科技股份有限公司申請的一項專利技術《高強度高模量碳纖維原絲濕法紡絲的制備方法》(申請號：202211604969.0)中公布了一種濕法紡絲制備得到的超高強度碳纖維方法，制得碳纖維的拉伸強度為7GPa、拉伸模量為335GPa。綜上可知，即便是日本三菱、美國Hexcel具有相同或相近級別超高強度產品時，日本東麗并未將兩家公司視為對手，而隨著我國多家企業陸續宣布突破T1100碳纖維技術，為了宣示全球高性能碳纖維的霸主地位，東麗公司擇機宣布了T1200碳纖維這款新產品。
注：本文大部分內容來自頭條錢鑫博士，少部分修改。
