2022年碳纖維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用范圍分析

1、2022年碳纖維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用范圍分析一、碳纖維性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛碳纖維是一種一維碳素材料，輕，且力學(xué)性能優(yōu)異，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。碳纖維是由聚丙烯腈或?yàn)r青、粘膠等有機(jī)纖維，在高溫環(huán)境下經(jīng)碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu)而得到的無(wú)機(jī)高分子纖維，直徑5-10 微米，含碳量高達(dá)90%以上。 碳纖維具有碳材料的固有本性特征，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。特性之一是輕質(zhì)，比重不到鋼 的1/4，同時(shí)力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度是鋼的 7-9 倍，高強(qiáng)度、高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、抗疲勞等。通常與樹(shù)脂、金屬、 陶瓷等材料復(fù)合后形成碳纖維復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于軍工、航天、交通、新能源、汽車(chē)輕量化以及體育用品

2、等領(lǐng)域。根據(jù)制造原料不同可以分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維、黏膠基碳纖維。其中，聚丙烯晴（PAN）基碳纖維成品品質(zhì)優(yōu)異、力學(xué)性能優(yōu)良，且相較于其他兩種碳纖維制造工藝難度更低，是最主要的碳 纖維產(chǎn)品，占全球高性能碳纖維的 90%以上。根據(jù)纖維數(shù)量不同可以分為小絲束和大絲束。一般將絲束數(shù)量小于 24K的碳纖維稱(chēng)為小絲束（1K 就代表一束碳纖維中有 1000 根絲），初期以 1K、3K、6K 為主，逐漸發(fā) 展為 12K， 主要用于國(guó)防軍工、航空航天等高端技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)量低、成本高，價(jià)格高，被稱(chēng)為“宇航級(jí)材料”； 24K 及以上的為大絲束，廣泛用于紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運(yùn)輸和

3、能源等工業(yè)和民用領(lǐng)域，成本低，但生產(chǎn)控 制難度大，被稱(chēng)為“工業(yè)級(jí)材料”。大絲束碳纖維核心驅(qū)動(dòng)力就是在保持碳纖維優(yōu)良性能的前提下，大幅降低其成本，打開(kāi)碳纖維 廣泛運(yùn)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域大門(mén)。根據(jù)不同的強(qiáng)度和模量的力學(xué)性能分為高強(qiáng)型、高強(qiáng)中模型、高模型、高強(qiáng)高模型。作為碳纖維龍頭，日本東麗制定的 T 系列和 M 系列性能指標(biāo)是實(shí)踐中被運(yùn)用最廣的分類(lèi)指標(biāo)。航天航空領(lǐng)域往往要求材料更 輕、力學(xué)性能更好，因此多采用 T300-T800 強(qiáng)度的碳纖維，而民用如風(fēng)電、體育領(lǐng)域則多采用 T300 強(qiáng)度的碳纖維。碳纖維應(yīng)用之航空航天航天領(lǐng)域如飛機(jī)、火箭對(duì)材料輕量化的追求，早已達(dá)到以克為計(jì)量單位的程度，在安全的基礎(chǔ)

4、上不斷追求更輕。用碳纖維制造 的飛機(jī)，可以大幅節(jié)約能耗，擴(kuò)展飛行航程，提高載荷，提高靈活性，延長(zhǎng)飛行壽命等。 美國(guó)早在1969年就已經(jīng)把碳纖維復(fù)合材料用在了F-14A戰(zhàn)斗機(jī)上，但由于工藝和造價(jià)的限制，當(dāng)時(shí)僅僅使用了飛機(jī)自重1%用量 的碳纖維。到了以F-22和F-35為代表的第四代戰(zhàn)斗機(jī)，碳纖維的使用比例提升到飛機(jī)重量的24%和36%。發(fā)展到今天，X-47B、“神 經(jīng)元”、“雷神”等幾個(gè)型號(hào)的無(wú)人機(jī)上，碳纖維的使用比例高達(dá)90%。民用飛機(jī)領(lǐng)域，在早期 A310、B757和 B767上，碳纖維復(fù)合材料占比僅為5%-6%，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，至 A380 時(shí)，復(fù)合材 料占比達(dá)到 23%，最新的 B7

5、87 和 A350 機(jī)身上，復(fù)合材料的用量達(dá)到 50%。中國(guó)人自己的民用大飛機(jī)C919的復(fù)合材料使用比例就 達(dá)到了12%，而CR929更是要達(dá)到總重的51%，超過(guò)波音787的50%用量。碳纖維應(yīng)用之風(fēng)電葉片風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵部件。葉片結(jié)構(gòu)和用材會(huì)直接影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率，是風(fēng)機(jī)獲取更高風(fēng)電機(jī) 組利用小時(shí)數(shù)和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。從風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)來(lái)看，其主要由增強(qiáng)材料（梁）、夾芯材料、基體材料、表面涂料及不同 部分之間的結(jié)構(gòu)膠組成。葉片80%成本來(lái)自于原材料，而60%原材料成本來(lái)自于纖維材料 增強(qiáng)纖維與基體樹(shù)脂。碳纖維應(yīng)用之體育休閑碳纖維在體育休閑市場(chǎng)中，主要應(yīng)用于高爾夫球桿、

6、曲棍球棍、網(wǎng)球拍、釣魚(yú)竿、自行車(chē)架、滑雪板、賽艇等高端體育 休閑領(lǐng)域。這些應(yīng)用同樣主要基于碳纖維的輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕等特點(diǎn)。例如碳纖維復(fù)合材料制作的高爾夫球桿 比金屬桿減重近50%，碳纖維自行車(chē)較鋁材減重40%且實(shí)現(xiàn)更高的車(chē)架精度。釣魚(yú)竿、球拍、滑雪板、高爾夫球桿等體育用 品的碳纖維多使用大絲束碳纖維（24K）。碳纖維應(yīng)用之壓力容器得益于輕量化和優(yōu)異的力學(xué)性能，碳纖維纏繞氫氣瓶得以運(yùn)用。對(duì)于氫燃料車(chē)來(lái)說(shuō)， 儲(chǔ)氫罐是目前主流的燃料儲(chǔ)存方式， 通過(guò)將氫氣能源以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種狀態(tài)儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫罐中，能夠保證氫能源車(chē)的能源供給，通過(guò)高壓壓縮儲(chǔ)存氣態(tài)氫，能 夠賦予氫燃料車(chē)成本低、能耗小、充放

7、氣速度快的等特點(diǎn)，也是目前氫燃料車(chē)的動(dòng)力供給的主流解決方案。碳纖維應(yīng)用之碳/碳復(fù)材碳/碳復(fù)材是指以炭纖維(或石墨)及其織物為增強(qiáng)材料，以碳(或石墨)為基體，通過(guò)加工處理和碳化處理制成的全碳質(zhì)復(fù)合材料。 作為碳纖維增強(qiáng)碳基本復(fù)合材料，碳/碳復(fù)材具有質(zhì)量輕、耐燒蝕性好、抗熱沖擊好、損傷容限高、高溫強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等突 出特點(diǎn)，尤其是其強(qiáng)度隨著溫度的升高，不僅不會(huì)降低反而還可能升高，它是所有已知材料中耐高溫性最好的材料。二、碳纖維行業(yè)發(fā)展：美日引領(lǐng)，歐洲緊隨，中國(guó)追趕全球碳纖維行業(yè)發(fā)展：美日引領(lǐng)，歐洲緊隨1959-1989：全球碳纖維市場(chǎng)拉開(kāi)序幕，批量化生產(chǎn)逐步實(shí)現(xiàn)。1959年，碳纖維在日本大阪工

8、業(yè)試驗(yàn)所中誕生。日本大阪工業(yè)試驗(yàn)所發(fā)明了 PAN 基碳纖維制備技術(shù)。同年美國(guó)空軍材料實(shí)驗(yàn)室 和美國(guó)聯(lián)合碳化公司首次用人造絲作為原料制備出碳纖維。但是往后的十年，碳纖維產(chǎn)業(yè)始終局限于實(shí)驗(yàn)室技術(shù)的研發(fā)。 20世紀(jì)70-80年代，碳纖維實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化突破。碳纖維復(fù)合材料在航天航空結(jié)構(gòu)上的工程化得以應(yīng)用和批量生產(chǎn)，同期日本東麗 公司基本開(kāi)發(fā)完成現(xiàn)有的絕大部分產(chǎn)品型號(hào)T300、T800、T1000、M60J，產(chǎn)能達(dá)到上千噸/年，卓爾泰克作為美國(guó)第一個(gè)工業(yè)碳 纖維的廠(chǎng)家誕生。 美國(guó)聯(lián)合碳化公司主動(dòng)找到日本東麗公司達(dá)成合作協(xié)議，用自己比較成熟的碳化技術(shù)與東麗公司的聚丙烯腈原絲技術(shù)交換。美日 兩國(guó)各取所需，形成

9、了碳纖維技術(shù)的雙雄壟斷。中國(guó)碳纖維行業(yè)發(fā)展：基礎(chǔ)薄發(fā)展慢，正加速追趕上世紀(jì)6070年代，中國(guó)碳纖維行業(yè)起步，政策投入資金支持。1962年，中科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所成立“聚丙烯腈基碳纖維的研制”課題組，標(biāo)志著我國(guó)碳纖維行業(yè)的起步。 為了國(guó)防需要，全國(guó)各大研究所、研究院展開(kāi)對(duì)于碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的研究。上世紀(jì)六七十年代，中央投入到承擔(dān)碳纖維原絲 等碳纖維民用研究資金 2600多萬(wàn)元，建成PAN原絲試制力約50噸/年，碳纖維長(zhǎng)絲的試制能力約2.0 噸/年。上世紀(jì)8090年代：引進(jìn)國(guó)外碳化設(shè)備受阻，生產(chǎn)效率低下，研發(fā)及工業(yè)化停滯。因?yàn)閲?guó)外碳纖維技術(shù)嚴(yán)格封鎖，盡管當(dāng)時(shí)國(guó)家科委鼓勵(lì)引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，并提供資金支持

10、，但僅有英國(guó)RK公司愿意 以高價(jià)出售大絲束預(yù)氧化爐和炭化爐。隨后我國(guó)委托RK公司加工制造了一套10噸級(jí)（12K）預(yù)氧化、碳化中試線(xiàn)，項(xiàng)目歷經(jīng) 磨難，險(xiǎn)遭封殺。國(guó)內(nèi)大部分研發(fā)單位退出該領(lǐng)域，全國(guó)僅有3家碳纖維工廠(chǎng)維持小批量生產(chǎn)，行業(yè)發(fā)展陷入停滯。三、碳纖維行業(yè)供需：供應(yīng)高度集中，風(fēng)電葉片拉動(dòng)需求快速增長(zhǎng)全球碳纖維市場(chǎng)需求增速預(yù)計(jì)為15%從銷(xiāo)售金額方面看，2021年全球碳纖維的銷(xiāo)售額為34.00億美元，除了需求量的影響之外，還有碳纖維價(jià)格的上漲。 全球碳纖維前三大主要應(yīng)用從質(zhì)量需求來(lái)看，依次為風(fēng)電葉片、航空航天、體育休閑。由于航空航天領(lǐng)域所用碳纖維價(jià)格 較高，所以從市場(chǎng)規(guī)模看，前三大依次為航空航天

11、、風(fēng)電葉片、體育休閑。 未來(lái)十年，受益于風(fēng)能、氫能、光伏等行業(yè)的快速發(fā)展，碳纖維需求有望持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到20萬(wàn)噸，2030將達(dá) 到40萬(wàn)噸，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為15%。全球風(fēng)機(jī)葉片用碳纖維市場(chǎng)需求增速預(yù)計(jì)為25%GWEC（全球風(fēng)能理事會(huì)）發(fā)布2021年全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展報(bào)告稱(chēng)，2021年全球新增風(fēng)電裝機(jī)容量93.6GW，比2020年創(chuàng)紀(jì)錄水 平下降1.8%，其中中國(guó)47.7GW占比51%，美國(guó)占比14%，巴西占比4%。從分布來(lái)看，其中72.5GW來(lái)自陸上風(fēng)電場(chǎng)（占比77%）， 21.1GW來(lái)自海上風(fēng)電場(chǎng)（占比23%）。GWEC預(yù)測(cè)未來(lái)5年，全球風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到557GW，年均復(fù)合增

12、長(zhǎng)率為6.6%。全球碳纖維市場(chǎng)供應(yīng)中美日三足鼎立2021年，全球碳纖維理論產(chǎn)能約20.76萬(wàn)噸，其中中國(guó)大陸地區(qū)首次超過(guò)美國(guó)，成為全球最大產(chǎn)能?chē)?guó)，碳纖維理論產(chǎn)能達(dá) 到6.34萬(wàn)噸，占比30.5%，美國(guó)4.87萬(wàn)噸，占比23.5%，日本2.5萬(wàn)噸，占比12%。而且從國(guó)內(nèi)各家碳纖維企業(yè)公布的擴(kuò)產(chǎn)情況看， 中國(guó)將在產(chǎn)能上較長(zhǎng)期保持第一的地位。 盡管中國(guó)大陸產(chǎn)能眾多，但需要注意到2021年我們的進(jìn)口量有3.3萬(wàn)噸，超過(guò)國(guó)產(chǎn)數(shù)量，說(shuō)明國(guó)內(nèi)產(chǎn)能與海外巨頭相比仍 有較大差距，無(wú)論在性能、質(zhì)量水平及成本水平上，進(jìn)口碳纖維依然有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)中國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)仍需努力形成具有 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)能。全球碳纖維市場(chǎng)供

13、應(yīng)巨頭壟斷由于碳纖維行業(yè)復(fù)雜的工藝流程、高額的研發(fā)投入以及很長(zhǎng)的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化周期，使得國(guó)際上真正具有研發(fā)和生產(chǎn)能力的公 司屈指可數(shù)，碳纖維市場(chǎng)屬于高度集中寡占型市場(chǎng)。從細(xì)分市場(chǎng)來(lái)看，小絲束產(chǎn)品主要集中在日本企業(yè)，大絲束產(chǎn)品則主要在歐 美，包括美國(guó)的Zoltek和德國(guó)的SGL。 日本東麗公司，作為全球最大的碳纖維生產(chǎn)商之一，其產(chǎn)品從小絲束到大絲束，已經(jīng)做到了全系列覆蓋，代表著碳纖維工業(yè) 化技術(shù)的最高水平。其對(duì)高端碳纖維材料的壟斷，占據(jù)著航天航空的國(guó)際市場(chǎng)。產(chǎn)能角度，日本東麗與美國(guó)卓爾泰克合并后，總 產(chǎn)能達(dá)約5.75萬(wàn)噸，占據(jù)絕對(duì)龍頭地位。中國(guó)碳纖維市場(chǎng)需求供不應(yīng)求，快速發(fā)展2021年中國(guó)碳纖維的

14、總需求為6.24萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)了27.7%，其中，進(jìn)口量為3.31萬(wàn)噸（占總需求的53.1%，比2020增長(zhǎng)了 9.2%），國(guó)產(chǎn)纖維供應(yīng)量為2.93萬(wàn)噸（占總需求的46.9%，比2020年增長(zhǎng)了58.1%）。 風(fēng)電葉片是中國(guó)碳纖維需求的主要領(lǐng)域。2021年國(guó)內(nèi)風(fēng)電葉片所需碳纖維為2.25萬(wàn)噸，占比36.1%，穩(wěn)居第一的位置。其次 為體育休閑，占比約為28.1%。受光伏行業(yè)驅(qū)動(dòng)快速發(fā)展的碳碳復(fù)材，占比已經(jīng)達(dá)到11.2%。中國(guó)風(fēng)電葉片用碳纖維市場(chǎng)CAGR高達(dá)60%2021年中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)高位回落。2021年，我國(guó)風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)4757萬(wàn)千瓦，同比下降33.6%，主要因?yàn)?020年陸上風(fēng)電 出現(xiàn)

15、搶裝潮，裝機(jī)量達(dá)到7167萬(wàn)千瓦的歷史高點(diǎn)，隨著搶裝潮結(jié)束，2021年陸上新增裝機(jī)量高位回落。但2021年海上風(fēng)電異軍突 起，全年新增裝機(jī)1690萬(wàn)千瓦，是此前累計(jì)建成總規(guī)模的1.8倍，目前累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到2638萬(wàn)千瓦，躍居世界第一。中國(guó)碳纖維市場(chǎng)供應(yīng)集中，快速增長(zhǎng)據(jù)賽奧碳纖維，2021年中國(guó)碳纖維原絲的運(yùn)行產(chǎn)能約為13.6萬(wàn)噸，碳纖維運(yùn)行產(chǎn)能約為6.3萬(wàn)噸。其中大部分企業(yè)的原絲統(tǒng)計(jì)， 只是用碳絲產(chǎn)能乘以2.5的估算數(shù)據(jù)，這個(gè)只是為了說(shuō)明這些廠(chǎng)家具備全部或部分原絲供應(yīng)能力，并非該企業(yè)的真實(shí)原絲產(chǎn)能，其中 只有吉林化纖集團(tuán)的6萬(wàn)噸產(chǎn)能是準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，除了自供，還向海內(nèi)外市場(chǎng)銷(xiāo)售原絲。 國(guó)內(nèi)碳纖維行

16、業(yè)同樣產(chǎn)能集中。以運(yùn)行產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)，行業(yè)前三大企業(yè)吉林化纖集團(tuán)、中復(fù)神鷹和寶旌碳纖維，同樣也為全球前十 大企業(yè)，產(chǎn)能占比達(dá)到60%，與全球碳纖維行業(yè)格局相似。全球樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)碳纖維復(fù)合材料：一維碳纖維與基體充分結(jié)合變成致密的三維結(jié)構(gòu)過(guò)程。根據(jù)碳纖維在樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料中65%的比例計(jì)算，2021年全球樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料需求量約為18.15萬(wàn)噸，同比增 10.4%，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到28.51萬(wàn)噸，未來(lái)4年年均增速約12%。 2021年，全球的碳纖維復(fù)材收入約為200.5億美元，同比增長(zhǎng)33%，盡管依然有商用航空市場(chǎng)低迷的影響，但是，其他如軍機(jī)、 無(wú)人機(jī)市場(chǎng)急劇增長(zhǎng)；除了

17、汽車(chē)行業(yè)受BMW 2021年中停產(chǎn)I3的影響外，其他應(yīng)用分市場(chǎng)均有增長(zhǎng)。四、國(guó)內(nèi)化工企業(yè)積極布局碳纖維行業(yè)4.1 腈綸產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)是發(fā)展大絲束碳纖維的基礎(chǔ)腈綸即為聚丙烯腈纖維，同PAN基碳纖維原絲相同，均是由丙烯腈單體聚合紡絲而得，只是兩者對(duì)分子量、紡絲長(zhǎng)度等要求 有所不同。可以說(shuō)腈綸“大而粗獷”，碳纖維“小而精致”，腈綸產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)是發(fā)展碳纖維的基礎(chǔ)，尤其是大絲束。近些年，由于 其他化纖的競(jìng)爭(zhēng)替代，腈綸市場(chǎng)逐年萎縮，而PAN基碳纖維則處于蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。4.2 吉林化纖：粘膠長(zhǎng)絲龍頭切入碳纖維新賽道公司主要從事粘膠纖維的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售，產(chǎn) 品以粘膠長(zhǎng)絲為主，同時(shí)配套粘膠短纖。近年來(lái)不斷 向碳纖維領(lǐng)

18、域拓展，培育新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。 粘膠纖維是以天然植物纖維（棉、木、竹等）為 原料制造出來(lái)性能更好的再生纖維素纖維。100%純 天然材質(zhì)，自然生物降解、無(wú)添加、無(wú)重金屬、無(wú)有 害化學(xué)物，對(duì)皮膚親和無(wú)刺激，是一種性能優(yōu)良的環(huán) 保型“綠色”纖維，產(chǎn)品分為粘膠長(zhǎng)絲和粘膠短纖。4.3 吉林碳谷全球碳纖維原絲龍頭厚積薄發(fā)，快速成長(zhǎng)公司于2008年12月由吉林奇峰化纖出資組建，具有20多年腈綸產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，主要從事聚丙烯腈基碳纖維原絲的研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售。 2015年，奇峰化纖將其所持有的吉林碳谷100%股權(quán)經(jīng)過(guò)吉林市國(guó)盛資產(chǎn)管理有限公司而最終轉(zhuǎn)讓給吉林市國(guó)興新材料產(chǎn)業(yè)投資有限 公司，同年將國(guó)興新材料所持有的35%股份轉(zhuǎn)讓給吉林九富資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理有限公司。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展變遷，至2021