在全球高性能纖維領(lǐng)域，無論是產(chǎn)品的種類、系列化開發(fā)、性能指標(biāo)還是生產(chǎn)成本，日本企業(yè)均具有很強(qiáng)的競爭力，在碳纖維領(lǐng)域的這些優(yōu)勢尤其明顯。這得益于政府政策的有力推動，也得益于其產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟模式和人才培養(yǎng)方式，更離不開企業(yè)的高瞻遠(yuǎn)矚、長期堅持和巨大投入。總結(jié)來看，日本碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下幾個特點(diǎn)。
1、政府大力推動與支持
日本政府高度重視高性能碳纖維以及能源和環(huán)境友好相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，并給予人力、經(jīng)費(fèi)上的大力支持，在包括“能源基本計劃”“經(jīng)濟(jì)成長戰(zhàn)略大綱”和“京都議定書”等多項基本政策中，均將此作為應(yīng)當(dāng)推進(jìn)的戰(zhàn)略項目。
2、行業(yè)協(xié)作促技術(shù)攻關(guān)
在碳纖維行業(yè)，日本較早形成了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)盟成員覆蓋了整個碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，能夠全面了解產(chǎn)業(yè)中存在的問題和需求，有效服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)。如新構(gòu)造材料技術(shù)研究聯(lián)盟（ISMA），共有39個成員，其中37家為企業(yè)，另有1家國立研究所（產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所）以及1所國立大學(xué)（名古屋大學(xué)）。
日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）從2008年開始在碳纖維領(lǐng)域進(jìn)行為期5年的“續(xù)發(fā)展的超級復(fù)合材料技術(shù)項目”于2013年9月結(jié)題。項目由東麗、三菱麗陽、東洋紡、高木精工、豐田、本田、日產(chǎn)等企業(yè)與東京大學(xué)、東北大學(xué)、山形大學(xué)等院校合力進(jìn)行研究，通過對新型CFRTP的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)減輕車重30%、提高燃油效率22.5%、提高加工速度、提高回收率等目的。項目研發(fā)成果分為以下四項。
中間材料的研發(fā)：中間材料的研發(fā)成果包括各向同性和單取向性兩種中間材料，實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)車用CFRTP在1min內(nèi)的成型，同時熱塑性CFRTP也方便了*終部件的可回收再利用。其中各向同性CFRTP中間材料是短切碳纖維與聚丙烯樹脂復(fù)合的粒料，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀部件材料的成型；單取向性CFRTP中間材料是長絲碳纖維與聚丙烯樹脂復(fù)合的預(yù)浸帶，特別適合作為框架等要求高強(qiáng)度的產(chǎn)品應(yīng)用。
成型技術(shù)的研發(fā)：針對兩種不同的中間材料，項目研發(fā)了兩種不同的加工成型方式，如圖2所示。各向同性中間材料采用高速沖壓成型，模具使用時間短，成型后的材料變形小，可生產(chǎn)表面形狀凹凸復(fù)雜的CFRTP部件，適合作為汽車的次承力結(jié)構(gòu)件。單取向性中間材料采用高速內(nèi)壓成型，可生產(chǎn)無縫中空封閉截面，其CFRTP部件適合用于汽車載荷的主承力結(jié)構(gòu)件。
連接技術(shù)的研發(fā)：研發(fā)成功了集熱板熔融、震動熔融、超音波熔融等為一體的加熱和加壓連接法，實(shí)現(xiàn)連接部位一體化的同時增加接合部的纖維體積分?jǐn)?shù)，提高強(qiáng)度，避免了容易對CFRTP材料產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷的鋼焊接技術(shù)。
回收技術(shù)的研發(fā)：CFRTP回收技術(shù)項目成果，是在NEDO從2006年起在日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的資助下進(jìn)行的題為“碳纖維回收技術(shù)的研發(fā)示范”項目研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，利用熱分解法，在高溫常壓下回收復(fù)合材料中的碳纖維。由于上述技術(shù)成果的突破，使得日本生產(chǎn)商加速了對CFRTP在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的市場布局，包括碳纖維絲束原材料、復(fù)合板材料預(yù)浸料和注塑顆粒材料在內(nèi)的產(chǎn)能投入。
3、行業(yè)集中度高，各龍頭企業(yè)在技術(shù)和產(chǎn)品上形成差異化競爭
東麗株式會社于1971年開始生產(chǎn)PAN基碳纖維，在全球26個國家和地區(qū)擁有運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，在日本、美國、歐洲和韓國建有碳纖維生產(chǎn)基地；東邦株式會社于1975年開始生產(chǎn)PAN基碳纖維，在全球80個國家和地區(qū)開展業(yè)務(wù)，在日本、德國和美國建有碳纖維生產(chǎn)基地；三菱麗陽是全球*同時具備生產(chǎn)PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維的公司，早于1974年開始生產(chǎn)碳纖維，在日本、美國和德國均有碳纖維生產(chǎn)基地。
4、企業(yè)注重專利保護(hù)，同時在規(guī)模上具備很強(qiáng)的優(yōu)勢
碳纖維制備技術(shù)比較復(fù)雜，涉及多個學(xué)科的交叉和應(yīng)用，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)多達(dá)數(shù)百個。現(xiàn)階段，碳纖維生產(chǎn)核心技術(shù)主要掌握在日企手中，并且嚴(yán)格對外保密，各企業(yè)在碳纖維領(lǐng)域擁有全球*多的技術(shù)專利，并且基本覆蓋產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，在諸多國家進(jìn)行了專利布局。
根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局《產(chǎn)業(yè)專業(yè)分析報告——高性能纖維》一書中的統(tǒng)計，全球范圍內(nèi)碳纖維生產(chǎn)工藝領(lǐng)域申請量進(jìn)入全球排名前10位的都是日本申請人，而CFRP領(lǐng)域申請量排名前10位的有9位都是日本申請人（其中美國通用電氣排在第9位，與日本碳纖維生產(chǎn)商就汽車用CFRP有一系列合作協(xié)議）。由這些數(shù)據(jù)可見，日本碳纖維企業(yè)無疑具有極強(qiáng)的創(chuàng)新能力，在全球范圍也已形成行業(yè)壟斷。申請量居前的日本申請人均是有著數(shù)十年經(jīng)營歷史的產(chǎn)業(yè)制造商，其研發(fā)創(chuàng)新主體即是企業(yè)自身；申請人企業(yè)覆蓋了從化纖、紡織、化工、電器到鋼鐵制造等不同領(lǐng)域，意味著日本的碳纖維技術(shù)已經(jīng)在其應(yīng)用領(lǐng)域形成了遍布上中下游穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)鏈。
5、日本碳纖維企業(yè)注重上下游結(jié)合，并且針對不同領(lǐng)域開發(fā)出合適的產(chǎn)品
龍頭企業(yè)均注重產(chǎn)業(yè)鏈上垂直經(jīng)營，以控制產(chǎn)業(yè)鏈條各個環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，促進(jìn)對市場演變和客戶需求的理解，從而制備出滿足特定用途的合格產(chǎn)品。同時，這些龍頭企業(yè)開發(fā)的碳纖維型號覆蓋多個性能層次，含標(biāo)準(zhǔn)彈性模量、中彈性模量和高彈性模量，以適用于不同領(lǐng)域；為了避免過度同質(zhì)化競爭，企業(yè)之間在碳纖維制備技術(shù)的細(xì)節(jié)和產(chǎn)品類型上存在一定差異。
2013年10月，帝人宣布推出全新品牌CFRTPSereebou00AE，包括3種系列中間材料。其中U系列（單向中間材料）可提供高定向強(qiáng)度；I系列（各向同性中間材料）可保證CFRTP制品形狀的均一和多方向上的高強(qiáng)度；P系列（熱塑性顆粒材料）適用于復(fù)雜部件的注塑成型，為將來在汽車上的全面應(yīng)用做鋪墊。2013年10月，東麗宣布推出新的碳纖維增強(qiáng)聚苯硫醚（PPS）樹脂顆粒材料，該材料改進(jìn)了纖維和PPS樹脂接觸面的粘結(jié)性，提高了抗拉強(qiáng)度，可作為注塑成型的原料使用。使用該材料制備CFRTP部件，其抗拉強(qiáng)度與鋁鑄件相當(dāng)，質(zhì)量卻輕了近45%。就在NEDO的成果發(fā)表之后不到1個月，日本碳纖維生產(chǎn)商就將新技術(shù)產(chǎn)品投放到市場，可見其將研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品的速度之快。
積極開拓北美CFRP汽車市場
隨著碳纖維產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展與擴(kuò)大，注重與下游企業(yè)合作，不斷開發(fā)新的市場，以下游應(yīng)用帶動上游的發(fā)展，是日本碳纖維企業(yè)選擇的發(fā)展之道。目前，日本碳纖維生產(chǎn)商和歐美的主要汽車生產(chǎn)商紛紛結(jié)成聯(lián)盟，謀求共同發(fā)展。在參股PlasanCarbonComposites公司之前，東麗的主要汽車制造商合作對象是日本和歐洲公司，包括豐田、富士重工和德國戴姆勒公司。
PlasanCarbonComposites公司是美國*的豪華轎車CFRP車體面板一級供應(yīng)商，同時自身擁有可將CFRP部件的生產(chǎn)成型時間縮短至17min的技術(shù)。買入PlasanCarbonComposites公司股份，確保了東麗通往美國汽車制造商的分銷渠道，進(jìn)一步提高其在美國汽車市場的參與度。東邦與美國通用自2011年起就展開了穩(wěn)定的合作關(guān)系，與東麗一樣，東邦也在歐洲和美國建立了公司和銷售中心，瞄準(zhǔn)汽車市場投入大量資金，并出資建立了復(fù)合材料應(yīng)用中心，對未來碳纖維及其CFRP在汽車上的應(yīng)用充滿信心。三菱麗陽則與寶馬和西格里集團(tuán)3方合作，宣布2014年寶馬i3系列純電動車BMWMegacityVehicle在全球正式上市，為碳纖維產(chǎn)品在通用汽車領(lǐng)域的商業(yè)化普及應(yīng)用邁出了重要的一步。這款車的市場表現(xiàn)，將在很大程度上決定未來10年CFRP在通用汽車領(lǐng)域的發(fā)展方向。
積極開拓東盟CFRP市場
由于明確的汽車產(chǎn)業(yè)扶植政策，泰國成為東盟地區(qū)汽車行業(yè)發(fā)展的中心。已經(jīng)有多家國際汽車巨頭在泰國建立了生產(chǎn)基地，這也解釋了作為材料供應(yīng)商的東麗與三菱麗陽為何選擇在泰國開展CFRP業(yè)務(wù)。東麗已經(jīng)在泰國擁有1個海外辦事處和多家樹脂與纖維生產(chǎn)銷售分公司，看重童夢CarbonMagic公司擁有豐富的工程設(shè)計、原型設(shè)計經(jīng)驗和技術(shù)實(shí)力，憑借童夢在泰國工廠的熱壓罐技術(shù)和價格優(yōu)勢，能夠與現(xiàn)有的多種技術(shù)形成協(xié)同優(yōu)勢，可有效提升東麗的產(chǎn)品競爭力。三菱麗陽選擇的PTT公司是一家能源企業(yè)，從制造石油化學(xué)產(chǎn)品到銷售壓縮天然氣，業(yè)務(wù)范圍較廣，擁有強(qiáng)大的市場網(wǎng)絡(luò)，能夠從銷售和市場為三菱麗陽提供便利條件。
6、企業(yè)重視人才的開發(fā)培養(yǎng)
以東麗為例，一是研發(fā)人員布局合理，且注重復(fù)合型人才培養(yǎng)，過半的研發(fā)人員兼顧兩個以上的研發(fā)方向，以保證各環(huán)節(jié)研發(fā)的配合銜接；二是在生產(chǎn)工藝、復(fù)合材料和主要產(chǎn)品上有著固定的研發(fā)團(tuán)隊，進(jìn)行后續(xù)的技術(shù)升級；三是核心發(fā)明人作用突出，每個研發(fā)團(tuán)隊相對穩(wěn)定，并在主導(dǎo)發(fā)明的同時傳帶新人，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的過渡和交接。
7、企業(yè)通過提高生產(chǎn)效率、擴(kuò)大產(chǎn)能和兼并收購以應(yīng)對行業(yè)未來的發(fā)展
為應(yīng)對日益增長的汽車、飛機(jī)等下游需求，日本主要碳纖維企業(yè)近幾年均有產(chǎn)能擴(kuò)張計劃。根據(jù)測算，從2015—2018年，東麗、帝人和三菱的碳纖維產(chǎn)能分別增加了0.45萬、0.3萬和1.13萬t/a；不斷致力于通過采用新原料和新工藝，來降低生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)效率，并進(jìn)一步拓寬碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域；展開大量收購以縱向延伸或橫向擴(kuò)展。
面對全球日益嚴(yán)峻的競爭態(tài)勢，日本碳纖維生產(chǎn)商除了加大擴(kuò)建力度，還通過聯(lián)合或收夠上下游企業(yè)的形式，垂直整合產(chǎn)業(yè)鏈，提升企業(yè)的整體競爭力。東麗集團(tuán)于2013年進(jìn)行了一系列的收購行為，其中包括3月收購日本賽車設(shè)計和制造商童夢CarbonMagic公司及其泰國工廠；7月買入美國汽車碳纖維部件供應(yīng)商PlasanCabonComposites公司20%的股權(quán)，9月更是“大手筆”以近6億美元收購美國碳纖維生產(chǎn)商卓爾泰克。收購結(jié)束后，東麗在全球的碳纖維市場份額將獲得壓倒性的競爭力，成為當(dāng)之無愧的霸主。
三菱麗陽自2012年以來，相繼與多家下游公司協(xié)作擴(kuò)大碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈，包括2012年11月完成收購日本CFRP零件制造商Challenge公司和德國多軸向織物制造商TKIndustries公司；12月與韓國SKChemicals公司建立了工業(yè)應(yīng)用CFRP預(yù)浸料生產(chǎn)同盟；2013年2月成立新公司整合其在美國的碳纖維業(yè)務(wù)；3月兼并三菱化學(xué)旗下的丙烯腈單體生產(chǎn)企業(yè)大野綠水公司；9月與泰國能源企業(yè)PTT就CFRP業(yè)務(wù)簽訂MOU。
2012年12月，東邦宣布已開始大規(guī)模在日本松山工廠生產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）部件，并計劃在美國建立銷售制品和開展應(yīng)用開發(fā)的新公司，進(jìn)一步加強(qiáng)在汽車結(jié)構(gòu)材料上的用途開拓，努力開拓下游市場。
8、企業(yè)以長遠(yuǎn)的眼光對待發(fā)展
日本紡織行業(yè)將70%的研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入到新產(chǎn)品新技術(shù)的研發(fā)上，這很可能是日本企業(yè)能夠走在全球前列的重要原因。在碳纖維領(lǐng)域，日本企業(yè)同樣體現(xiàn)出了這樣的特點(diǎn)。以東麗為代表的日本碳纖維生產(chǎn)企業(yè)，從PAN基碳纖維發(fā)明初期就看清了其作為制造材料的重要價值，并持續(xù)投資進(jìn)行技術(shù)積累（僅東麗一家至今已投入超過1400億日元）。
在政府大力推動和支持下，日本碳纖維企業(yè)也相繼制定戰(zhàn)略。2011年4月，東麗發(fā)布了在集團(tuán)長期經(jīng)營戰(zhàn)略“AP-GrowthTORAY2020”的基礎(chǔ)上制定的集團(tuán)中期經(jīng)營課題“AP-G-2013項目”，在其“基本策略—企業(yè)的研發(fā)投入對象”中，*條便是“針對汽車、飛機(jī)輕量化的CFRP”，更是將1.6×1011日元研發(fā)投入中的50%用于包括CFRP在內(nèi)的“綠色創(chuàng)新技術(shù)”。
另一方面，帝人集團(tuán)于2012年2月公布了其中長期經(jīng)營戰(zhàn)略“CHANGEfor2016”，其中計劃將包括碳纖維材料在內(nèi)的高性能纖維復(fù)合材料業(yè)務(wù)板塊的銷售額，從2011年的13%提高到2016年的20%，并將每年銷售額的4%～5%作為研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入到下一年。
結(jié)束語
通過日本碳纖維產(chǎn)業(yè)梳理可以發(fā)現(xiàn)，基于上述多方面因素成就了日本碳纖維霸主的地位，而對比國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)，政府也進(jìn)行了大力推動與支持，并且建立了碳纖維產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，但似乎國內(nèi)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對于碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上下游聯(lián)動的貢獻(xiàn)微乎其微；而且在碳纖維技術(shù)上，日本碳纖維差異化技術(shù)明顯，反觀國內(nèi)碳纖維制備路線同質(zhì)化嚴(yán)重，造成了更多的內(nèi)耗。
與近年來日本碳纖維企業(yè)不斷擴(kuò)能相類似，國內(nèi)碳纖維企業(yè)也在大張旗鼓擴(kuò)能建廠，但是產(chǎn)能上去了，產(chǎn)量卻未能隨之增加，歸根結(jié)底在于產(chǎn)品穩(wěn)定性差、達(dá)產(chǎn)率不高、產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)薄弱等因素，但總體而言，近年來國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展有目共睹，期待國內(nèi)碳纖維企業(yè)能夠早日在國際舞臺上形成競爭力。
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