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圖片來源：東麗工業(yè)株式會社
近日，東麗工業(yè)株式會社（日本東京）發(fā)布了其 "中期管理計劃，AP-G 2025項(xiàng)目 "文件，概述了其2023-2025財政年度的企業(yè)戰(zhàn)略。在該文件中，東麗概述了其提供創(chuàng)新技術(shù)和先進(jìn)材料的愿景，為包括可持續(xù)性在內(nèi)的全球挑戰(zhàn)提供解決方案。在該公司2022年25.1億日元（190億美元）的收入中，其碳纖維復(fù)合材料業(yè)務(wù)排名第三，僅次于纖維與紡織品和高性能化學(xué)品，貢獻(xiàn)了2820億日元（20億美元）。
東麗碳纖維產(chǎn)能，圖片來源：東麗
據(jù)報道，東麗是世界領(lǐng)先的碳纖維制造商，通過在日本、法國、韓國、匈牙利、墨西哥和美國的工廠生產(chǎn)近5.8萬噸常規(guī)絲束和大絲束碳纖維。此外，據(jù)報道，東麗公司控制著全球聚丙烯腈（PAN）纖維市場50%以上的份額，而歷史上生產(chǎn)1磅碳纖維則需要超過2磅的PAN。
Toray還通過其Toray Advanced Composites（荷蘭Nijverdal和美國加利福尼亞州Morgan Hills）子公司銷售預(yù)浸料和熱塑性復(fù)合材料。
FCEV和壓力容器領(lǐng)域的增長
東麗指出，隨著可再生能源需求的增加，碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中的銷量強(qiáng)勁，但它也在開發(fā)一系列用于生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和使用氫氣作為燃料的材料。這些材料包括催化劑涂層膜（CCM），由于其高強(qiáng)度和低重量，傳統(tǒng)上使用碳纖維載體作為催化劑層。東麗于2023年3月17日宣布，將把其子公司Greenerity（德國巴伐利亞州阿爾澤瑙）的CCM產(chǎn)能增加三倍，增加第三家工廠，并擴(kuò)大第二家工廠的產(chǎn)能。
通過Grennerity，東麗還生產(chǎn)用于氫動力燃料電池電動汽車（FCEV）燃料電池的膜電極組件（MEA），包括公交車、卡車、商用車和乘用車。MEA包括質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物電解質(zhì)膜、催化劑層和氣體擴(kuò)散層（GDL），它們由石墨化碳纖維基非織造布制成，稱為碳片、板或紙（CP）。在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，Greenerity的第二家工廠將支持每年超過10000輛燃料電池汽車的生產(chǎn)。
壓力容器對碳纖維的需求不斷增長。圖片來源：東麗
東麗還指出，它為高壓氫氣罐提供高強(qiáng)度的碳纖維和襯里樹脂。事實(shí)上，東麗T700S標(biāo)準(zhǔn)模量纖維已經(jīng)成為儲存壓縮氣體氫氣（CGH?）的IV型罐的基準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)壓力為350和700巴，用于FCEVs。東麗預(yù)計，到2025年，IV型儲罐對碳纖維的需求將增加42%，達(dá)到近40,000噸/年，包括壓縮天然氣（CNG）汽車的傳統(tǒng)市場和FCEVs的CGH?儲罐新市場。
CF復(fù)合材料收入和資本投資的增長
東麗預(yù)計其碳纖維復(fù)合材料業(yè)務(wù)的收入將從2022年的2820億日元（21億美元）增長到2025年的3700億日元（28億美元）。它將通過以下方式尋求保持其市場領(lǐng)導(dǎo)者地位：
(1) 抓住正在恢復(fù)的飛機(jī)需求。
(2) 通過提高工業(yè)應(yīng)用的盈利能力，加強(qiáng)利潤結(jié)構(gòu)。
(3) 在大規(guī)模資本投資的基礎(chǔ)上抓住不斷擴(kuò)大的市場，擴(kuò)大其在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片和燃料電池車輛（油箱和電極基板）的業(yè)務(wù)。
(4) 服務(wù)于移動性領(lǐng)域，如城市空中交通（UAM），預(yù)計未來需求會不斷增長。
(5) 提高碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。
碳纖維復(fù)合材料收入和資本投資的增長。圖片來源：東麗
東麗還將增加對碳纖維復(fù)合材料的資本投資，2022年的3年投資總額為740億日元（5.6億美元），但在截至2025年的3年期間將增加一倍以上，總額為1650億日元（12.5億美元）。
創(chuàng)造新材料，通過數(shù)字化降低成本
利用機(jī)器信息學(xué)和人工智能加速開發(fā)新材料。圖片來源：東麗
東麗2023-2025年戰(zhàn)略的另一個關(guān)鍵部分是通過推進(jìn)東麗開發(fā)的機(jī)器信息學(xué)（MI）、人工智能（AI）和數(shù)字模擬技術(shù)，加速創(chuàng)造新材料并推動業(yè)務(wù)擴(kuò)張。
2022年9月，東麗宣布了一項(xiàng)新的數(shù)字服務(wù)，利用人工智能預(yù)測物理性能數(shù)據(jù)，幫助客戶優(yōu)化樹脂選擇，加快產(chǎn)品開發(fā)。2021年11月，東麗宣布它已開發(fā)出一種新的碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）復(fù)合材料，利用MI技術(shù)迅速實(shí)現(xiàn)了機(jī)械性能與阻燃性能的特殊組合，其特點(diǎn)是熱釋放率降低35%。該公司解釋說，MI是一種通過結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、理論密度、模擬和數(shù)據(jù)庫來簡化材料開發(fā)的技術(shù)。詳情：
“作為其數(shù)字轉(zhuǎn)型計劃的一部分，東麗利用數(shù)據(jù)和數(shù)字技術(shù)提高競爭力，在CFRP工程中部署了材料信息學(xué)，并建立了一種技術(shù)，通過利用逆向問題分析來根據(jù)所需的財產(chǎn)細(xì)化材料設(shè)計，從而快速開發(fā)材料。該公司使用了一個部署在聯(lián)合中的自組織地圖t東北大學(xué)的研究。自組織映射是一種分析技術(shù)，它使用無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)對高維數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，并將其表示在低維映射中，以識別隱藏在高維數(shù)據(jù)中的基本結(jié)構(gòu)。因此，通過少數(shù)實(shí)驗(yàn)，東麗能夠從一系列材料組中確定合適的組合，以實(shí)現(xiàn)所需的財產(chǎn)……成功地設(shè)計出CFRP的基體樹脂，并快速開發(fā)出預(yù)浸料（CFRP的中間材料）。”
在AP-G 2025戰(zhàn)略中，東麗的目標(biāo)是利用這些數(shù)字技術(shù)來提高其價值創(chuàng)造能力和競爭力，重點(diǎn)是：
新材料和服務(wù)創(chuàng)造
- 推進(jìn)和發(fā)展模擬和信息技術(shù)。
- 結(jié)合材料分析、成型/化工分析和模擬技術(shù)。
降低制造成本，提高質(zhì)量
- 使用先進(jìn)的過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析提高生產(chǎn)效率。
- 利用生產(chǎn)計劃模擬提高供應(yīng)鏈管理水平。
眾所周知，日本碳纖維產(chǎn)業(yè)全球領(lǐng)先。日本東麗、東邦、三菱麗陽等巨頭基本壟斷了全球碳纖維技術(shù)。其中，東麗占據(jù)全球碳纖維市場三成份額，地位舉足輕重。今天，小編就帶大家深入了解一下世界頭號碳纖維生產(chǎn)商——日本東麗。
01
日本東麗發(fā)展歷程
19世紀(jì)末，碳纖維走進(jìn)了人們的視野。托馬斯·愛迪生和約瑟夫·斯旺將木棉和竹燃燒后制成的碳纖維作為燈絲，從而發(fā)明了電燈。但隨著鎢燈絲的出現(xiàn)，碳纖維淡出了人們的視野。
20世紀(jì)50年代，美國尋找一種耐燒蝕材料用于航天飛機(jī)，耐高溫、強(qiáng)度高的碳纖維再次進(jìn)入人們的視野。美國聯(lián)合碳化物公司開始用粘膠絲作為前驅(qū)體生產(chǎn)碳纖維。與此同時，日本大阪工業(yè)研究所的近藤昭男也在進(jìn)行碳纖維的研究。近藤昭男使用聚丙烯腈（PAN）作為前驅(qū)體制造碳纖維。研究結(jié)果顯示，PAN前驅(qū)體制造的碳纖維強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粘膠基。
1959年，近藤昭男將碳纖維的研究結(jié)果申請了專利。之后，他又將這項(xiàng)技術(shù)授權(quán)給日本東麗公司。
碳纖維因強(qiáng)度高、重量輕的特點(diǎn)，早期主要的市場定位一直是航空領(lǐng)域。而歐洲和美國的碳纖維廠商已經(jīng)將航空領(lǐng)域市場占領(lǐng)，美國的碳纖維出口量大，幾乎沒有日本公司的立足之地。就在所有人的目光都在美國航空業(yè)和軍工市場時，日本企業(yè)的碳纖維瞄向了體育休閑用品市場。
1972年，來自美國的弗拉德發(fā)現(xiàn)使用碳纖維球桿可以將高爾夫球擊出比鐵桿多30碼的距離。碳纖維球桿備受日本球手的歡迎，之后碳纖維的應(yīng)用迅速擴(kuò)展到網(wǎng)球拍、滑雪桿和其他體育用品領(lǐng)域。
東麗公司以生產(chǎn)合成纖維起家，其中就包括用于生產(chǎn)碳纖維的PAN原絲。
20世紀(jì)60年代，東麗在獲取近藤昭男的專利技術(shù)后開始研究碳纖維，并于1971年建成了一個小型試驗(yàn)工廠，當(dāng)年即實(shí)現(xiàn)碳纖維Toraca T300的量產(chǎn)。
1974年Toraca市場部建立。東麗的第一款碳纖維產(chǎn)品是釣魚竿。體育用品市場上的成功帶來了東麗碳纖維業(yè)務(wù)的爆發(fā)，東麗公司的市場份額開始擴(kuò)大。
雖然有釣魚竿或者高爾夫球桿等的市場需求，但東麗一直沒有實(shí)現(xiàn)盈利。東麗在碳纖維事業(yè)上花了超過1400億日元從事研究開發(fā)，一直都處于虧損狀態(tài)。實(shí)際上，美國杜邦和德國巴斯夫等也曾經(jīng)想要開發(fā)碳纖維，但因?yàn)樘潛p的緣故，都沒有堅持下來。東麗雖然犧牲了短期的收益，但是培育出了他人無法企及的業(yè)績。
1970年，東麗與美國聯(lián)合碳化物公司簽署合作協(xié)議，獲得美國聯(lián)合碳化物公司的碳化技術(shù)，美國聯(lián)合碳化物公司則代理東麗的碳纖維產(chǎn)品，T300成為美國最暢銷的碳纖維。合作到期后，東麗已成為美國碳纖維市場的霸主。
1975年，東麗的碳纖維應(yīng)用在波音737的次承力部件。自此，東麗與波音兩家公司開始了長期合作。1990年，一種新的高強(qiáng)高模碳纖維預(yù)浸料在波音777飛機(jī)的主承力部件上獲得應(yīng)用。同時，東麗公司還獲得了歐洲空客公司的認(rèn)可。法國政府在1982年建立起自己的碳纖維工廠Soficar，東麗擁有其35%的股份。1987年，東麗的T300獲準(zhǔn)在空客A320主承力部件中應(yīng)用。
20世紀(jì)80年代末期，Toraca碳纖維利潤達(dá)到頂峰。隨著日本經(jīng)濟(jì)在90年代陷入蕭條，Toraca碳纖維銷售也一落千丈，1993年碳纖維業(yè)務(wù)差點(diǎn)被賣出去。但是東麗公司沒有動搖。他們改變策略，直接投資設(shè)立工廠，來加強(qiáng)與波音的合作。
幾番寒冬過后，東麗和它的碳纖維迎來了明媚的春天。
從20世紀(jì)90年代中期，世界碳纖維的消費(fèi)量以每年15%的速率增長。波音和空客相繼推出787和A350，新機(jī)型均采用碳纖維復(fù)合材料作為主承力部件，碳纖維復(fù)合材料用量達(dá)到50%。
隨著產(chǎn)能的釋放，碳纖維價格下降，出現(xiàn)了包括風(fēng)力發(fā)電和汽車改裝在內(nèi)的新興市場。
2011年，東麗與戴姆勒公司合資建廠來生產(chǎn)碳纖維部件，當(dāng)年便進(jìn)入了穩(wěn)定的盈利期。
如今，東麗已成為世界第一大碳纖維生產(chǎn)商，牢牢掌控著世界高端碳纖維需求的市場份額。
02
成功絕非偶然
在意識到碳纖維未來巨大市場潛力后，東麗選定了碳纖維事業(yè)，之后不管有多困難，都鐵了心咬咬牙堅持下來，一直走到今天成為碳纖維的霸主。
10年復(fù)10年，東麗何以堅持？
開發(fā)出一種商業(yè)化材料無疑需要一定的時間甚至是漫長的時間。例如，東麗從1961年開始研究碳纖維，并在10年后，完成了量產(chǎn)的制造設(shè)備并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，可以說從“0”到“1”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
然而市場并沒有預(yù)想的那么美，昂貴的制造成本，導(dǎo)致銷售根本就是一件困難事情。如何從“1”到“100”成為碳纖維產(chǎn)業(yè)最初的共同問題，海外許多化學(xué)公司都紛紛取消了碳纖維的開發(fā)或減少了研發(fā)投入，其中也包括美國杜邦和德國巴斯夫等大企業(yè)。
東麗幾代社長卻都選擇了犧牲短期的收益，不斷地投入與開展相關(guān)工作，并開發(fā)出了釣魚竿和高爾夫球桿應(yīng)用業(yè)務(wù)，同時長期開拓碳纖維在航空業(yè)中的應(yīng)用。如今這些纖維已在波音787等各種飛機(jī)上廣泛使用，同時汽車領(lǐng)域以及新型家電領(lǐng)域，也都開始應(yīng)用起來。東麗的碳纖維事業(yè)從連續(xù)虧損，并消耗千億科研經(jīng)費(fèi)，到訂單金額萬億計算，花費(fèi)了近50年時間。
這種發(fā)現(xiàn)材料價值的能力以及堅持到底的強(qiáng)烈意志是東麗的研發(fā)優(yōu)勢，也是真正的創(chuàng)新得以誕生的背景因素。此外，無論經(jīng)濟(jì)形勢如何跌宕起伏，企業(yè)的管理層都會不斷地進(jìn)行研發(fā)投入，許多年以來東麗的研發(fā)支出占銷售百分比一直未出現(xiàn)重大變化。這也就給予研究人員充分的優(yōu)良環(huán)境，專心耕耘的信心。
為何東麗獨(dú)具慧眼？
1970年，東麗與聯(lián)合碳化物公司簽署合作協(xié)議，獲得聯(lián)合碳化物公司的碳化技術(shù)。聯(lián)合碳化物公司代理東麗的碳纖維產(chǎn)品，T300成為美國最暢銷的碳纖維。合作到期后，東麗開始自由在美國銷售碳纖維。而到了1975年，東麗的碳纖維開始應(yīng)用在波音737的次承力部件，意味著東麗與波音也早早的開始長期合作。1990年，一種新的高強(qiáng)高模碳纖維預(yù)浸料在波音777飛機(jī)的主承力部件上獲得應(yīng)用。
同時，東麗公司還獲得了歐洲空客公司的認(rèn)可。法國政府在1982年建立起自己的碳纖維工廠Soficar，東麗擁有其35%的股份。1987年，東麗的T300獲準(zhǔn)在空客A320主承力部件中應(yīng)用。在20世紀(jì)80年代末期，Toraca碳纖維利潤達(dá)到頂峰。之后 “失去的十年” 蕭條到來，Toraca 碳纖維銷售一落千丈。1993年碳纖維業(yè)務(wù)差點(diǎn)被賣出去。
從20世紀(jì)90年代中期，世界碳纖維的消費(fèi)量每年15%的速率增長。東麗集團(tuán)改變策略，直接投資設(shè)立工廠，以加強(qiáng)與波音公司的聯(lián)系以及合作。預(yù)浸料工廠就設(shè)在美國華盛頓州西部港口塔科馬港，碳纖維工廠設(shè)在阿拉巴馬州的迪凱特。如今波音787，整體結(jié)構(gòu)材料的一半左右，將使用碳纖維強(qiáng)化樹脂；從而實(shí)現(xiàn)機(jī)體的輕量化，大約可以節(jié)約20%的燃油消耗。
回望過去，似乎東麗在選擇與波音合作的時候開始，就已經(jīng)預(yù)見了碳纖維新材料可以帶來的節(jié)能低碳效果并在航空領(lǐng)域大展身手。而到2014年僅與波音一家的訂單金額，就高達(dá)1萬億日元。
隨著產(chǎn)能的釋放，碳纖維價格下降刺激了消費(fèi)需求，隨后出現(xiàn)新興市場包括風(fēng)力發(fā)電和汽車改裝。2011年，東麗與戴姆勒公司建合資工廠來生產(chǎn)碳纖維部件，并且進(jìn)入了穩(wěn)定的盈利期。
不斷創(chuàng)新的東麗，擁有強(qiáng)大組織力量
東麗技術(shù)研發(fā)的另一大特色是通過不同領(lǐng)域和文化的密切融合來創(chuàng)造新價值。東麗已經(jīng)將其所有的研發(fā)職能集中在 “技術(shù)中心” 這樣一個組織中。通過使許多領(lǐng)域的專家匯聚在這個統(tǒng)一的研發(fā)組織內(nèi)，同時也能使公司積極利用許多領(lǐng)域的技術(shù)和知識來解決單個業(yè)務(wù)領(lǐng)域中的問題，從而展現(xiàn)出強(qiáng)大的綜合實(shí)力。
而東麗的核心技術(shù)是什么呢？
東麗集團(tuán)是一家綜合性化工集團(tuán)企業(yè)，在全球26個國家和地區(qū)進(jìn)行著事業(yè)運(yùn)作。東麗集團(tuán)將納米技術(shù)融入其事業(yè)領(lǐng)域之中，并將有機(jī)合成化學(xué)，高分子化學(xué)和生物技術(shù)作為其核心技術(shù)。
除了作為東麗之根基的纖維及紡織品，塑料及化成品事業(yè)之外，東麗同時推進(jìn)著其他全球重要事業(yè)領(lǐng)域，諸如IT相關(guān)產(chǎn)品，碳纖維復(fù)合材料， 醫(yī)藥和醫(yī)療產(chǎn)品，環(huán)境與工程包括水處理等事業(yè)的發(fā)展。
東麗幾年來正在通過 “技術(shù)中心”，進(jìn)行技術(shù)整合，并期待實(shí)現(xiàn) “綠色創(chuàng)新” 和 “生命創(chuàng)新” （東麗近幾年專注的領(lǐng)域）；同時研發(fā)費(fèi)用方面，還是一如既往的大手筆，3年計劃研發(fā)經(jīng)費(fèi) 1800億，其中50%將用于 “綠色創(chuàng)新” 研發(fā)，20%用于 “生命創(chuàng)新” 研發(fā)。
東麗的加點(diǎn)“·”文化
東麗集團(tuán)在研究與開發(fā)的命題中，并不把研究開發(fā)，略寫成研發(fā)二字，而一定要加上一點(diǎn)，“研究-開發(fā)”，以示區(qū)別。
研究與開發(fā)是相似但是不同的概念。研究的基本是不斷地嘗試，實(shí)驗(yàn)，論證，所以并不知道什么時候能出什么樣的結(jié)果；而開發(fā)的基本是已經(jīng)定義產(chǎn)品概念，制定方案，解決課題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品。
作為一個研究人員，總是不斷嘗試新的想法，并證明錯誤，而在這許許多多的錯誤中，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并最終實(shí)現(xiàn)某種用途。所以對于研究，即使挑戰(zhàn)失敗，東麗集團(tuán)都是給予肯定，并且堅持研究路線的發(fā)展，如此的加點(diǎn)手法，也是讓技術(shù)人員滿懷信心，不畏困難敢于挑戰(zhàn)。
科研要做就是10年，20年甚至30年。
正如東麗現(xiàn)任CTO阿部晃一描述的那樣，東麗自創(chuàng)業(yè)以來，就始終堅持 “研究與技術(shù)開發(fā)并重，打造東麗輝煌” 的企業(yè)理念，不斷地將先進(jìn)材料的研究與技術(shù)開發(fā)向前推進(jìn)。而先進(jìn)的材料必定引領(lǐng)嶄新的高端產(chǎn)業(yè)。
基礎(chǔ)材料可能不顯露在外表，但是卻被應(yīng)用到最終產(chǎn)品里面。比如高分子合成材料的發(fā)明，最終衍生出化纖產(chǎn)業(yè)，樹脂產(chǎn)業(yè)等等；半導(dǎo)體的發(fā)明，延伸到晶體管以及現(xiàn)代IT產(chǎn)業(yè)。所以當(dāng)碳纖維復(fù)合材料真正實(shí)現(xiàn)普及的話，除了對飛機(jī)行業(yè)的改變，還將帶來各行各業(yè)的全新改變，成就新的價值。
常年的堅持和不斷地科研，才最終實(shí)現(xiàn)了偉大的技術(shù)革新。東麗碳纖維事業(yè)的發(fā)展史，也就很好地證明了這一點(diǎn)。
給技術(shù)尋找一個好的用途方向，就需要創(chuàng)意來改變。東麗技術(shù)也玩跨界，并帶來全新價值。2000年與優(yōu)衣庫合作，通過改變服裝纖維材料，實(shí)現(xiàn)功能材料，一改優(yōu)衣庫平民價格服裝的一般認(rèn)識，而是讓消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)，價格實(shí)惠的背后，還有這樣的高科技應(yīng)用。2003年 “HEATTECH” 系列大獲成功，企業(yè)雙贏局面。為此去年10月在紐約，兩家企業(yè)還共同舉辦來了主題展覽會 「The Art and Science of LifeWear –Celebrating 15 Years of Innovation -」。
東麗碳纖維事業(yè)的成功或許不能復(fù)制，但是這樣的發(fā)展過程，值得企業(yè)管理層和科研學(xué)者參考和學(xué)習(xí)。在東麗的研究員以及技術(shù)人員，都有一種 “刨根問底” 的鉆研勁；在一個問題上深入研究，就又會有新的發(fā)現(xiàn)或者不同的觀點(diǎn)產(chǎn)生。然而現(xiàn)代社會，能夠在一件事上，做到極致的，恐怕還真不是每一個人都能夠做到的。
03
日本碳纖維復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)布局
2011年4月，東麗發(fā)布了在集團(tuán)長期經(jīng)營戰(zhàn)略“AP-Growth TORAY 2020”的基礎(chǔ)上制定的集團(tuán)中期經(jīng)營課題“AP-G-2013項(xiàng)目”，在其“基本策略—企業(yè)的研發(fā)投入對象”中，第一條便是“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“CHANGE for 2016”，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，
擴(kuò)大全球生產(chǎn)能力
自2012年3月宣布全球擴(kuò)產(chǎn)，東麗集團(tuán)近年在碳纖維及其CFRP生產(chǎn)線上的投入可謂高速成長，僅2013年，就在日本愛媛、韓國龜尾及中國深圳竣工了產(chǎn)能分別為1000t/a、2200t/a的碳纖維生產(chǎn)線以及產(chǎn)能為2500t/a的CFRP生產(chǎn)線。并計劃到2015年將全球碳纖維產(chǎn)能增加到2.71萬t/a。2013年7月投資30億日元，在日本石川工廠建設(shè)的預(yù)計2015年3月投產(chǎn)的預(yù)浸料生產(chǎn)線，未來也將用于航空和汽車應(yīng)用領(lǐng)域。
另一方面，東邦計劃投資300億日元在美國新建產(chǎn)能5000t/a的碳纖維工廠和CFRP車身骨架工廠。計劃2014年上半年開工建設(shè)，2015年投產(chǎn)。屆時東邦碳纖維的總產(chǎn)能將達(dá)到1.89萬t/a。
收購重組整合產(chǎn)業(yè)鏈
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)合或收購上下游企業(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Carbon Magic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Plasan Cabon Composites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“世界第一”。
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TK Industries公司；12月與韓國SK Chemicals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。
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Plasan Carbon Composites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。
Plasan Carbon Composites公司是美國唯一的豪華轎車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Plasan Carbon Composites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BMW MegacityVehicle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Carbon Magic公司擁有豐富的工程設(shè)計、原型設(shè)計經(jīng)驗(yàn)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。
產(chǎn)學(xué)研合作加快成果轉(zhuǎn)化
- CFRTP技術(shù)項(xiàng)目
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(xiàng)目”于2013年9月結(jié)題。項(xiàng)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(xiàng)目研發(fā)成果分為以下四項(xiàng)。
- 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也方便了最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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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)合材料預(yù)浸料和注塑顆粒材料在內(nèi)的產(chǎn)能投入。
擴(kuò)大產(chǎn)品組合
2013年10月，帝人宣布推出全新品牌CFRTPSereebo®，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。
盡管在汽車行業(yè)中大規(guī)模使用碳纖維還有很多尚未完全解決的技術(shù)難題，但是日本碳纖維生產(chǎn)商及合作科研單位對未來CFRP在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用充滿信心，加強(qiáng)對CFRP中間材料、成型工藝、后道制品的研發(fā)，尤其對CFRTP材料的技術(shù)突破，逐步打通汽車結(jié)構(gòu)件從原料到加工的生產(chǎn)技術(shù)障礙。日本碳纖維生產(chǎn)企業(yè)近幾年積極在全球進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)計劃與戰(zhàn)略布局，與下游應(yīng)用企業(yè)結(jié)成聯(lián)盟，整合產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)CFRP及其制品在全球汽車領(lǐng)域中的普及應(yīng)用，力求使日本成為碳纖維領(lǐng)域的絕對領(lǐng)先者。這種現(xiàn)狀亟須我國碳纖維產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計和從業(yè)者們高度重視和借鑒。
04
日本碳纖維產(chǎn)業(yè)8大特點(diǎn)
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8大特點(diǎn)。
日本高性能纖維產(chǎn)量在全球的占比
政府的大力推動與支持
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(xiàng)基本政策中，均將此作為應(yīng)當(dāng)推進(jìn)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。
日本政府支持碳纖維領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)的主要項(xiàng)目
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)）。
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；三菱麗陽是全球唯一同時具備生產(chǎn)PAN基碳纖維和瀝青基碳纖維的公司，最早于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。
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)域擁有全球最多的技術(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。
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。
東麗在碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上的布局
日本碳纖維企業(yè)與下游巨頭建立的部分合作
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(duì)，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(duì)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。
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。
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)能夠走在全球領(lǐng)先行列的重要原因。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。