【報告】碳纖維行業(yè)概覽(附下載)

【報告】碳纖維行業(yè)概覽（附下載）一、碳纖維定義及發(fā)展史碳纖維的定義碳纖維（CarbonFiber）是由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠）等有機母體纖維，在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu)，含碳量高于90%的無機高分子纖維。碳纖維具備出色的力學性能和化學穩(wěn)定性，密度比鋁低、強度比鋼高，是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，同時具有導電、導熱、耐腐蝕等一系列其他材料所不可替代的優(yōu)良性能。碳纖維在航空航天、風電葉片、體育休閑、壓力容器、碳/碳復(fù)合材料、交通建設(shè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。碳纖維可以按照原絲種類、力學性能、絲束規(guī)格、原絲制備工藝等不同維度進行分類，不同類別的碳纖維分類標準如下：原絲種類：分為PAN基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中，PAN基碳纖維由于生產(chǎn)工藝相對簡單，產(chǎn)品力學性能優(yōu)異，用途廣泛，自20世紀60年代問世以來，迅速占據(jù)主流地位，占碳纖維總量的90%以上。瀝青基、粘膠基的產(chǎn)量規(guī)模較小。因此，目前碳纖維一般指PAN基碳纖維。力學性能：業(yè)內(nèi)主要采用力學性能進行分類。企業(yè)產(chǎn)品分類主要參考日本東麗的牌號，并以此為基礎(chǔ)確定自身產(chǎn)品的牌號及級別。此外，按照現(xiàn)行聚丙烯腈基碳纖維國家標準GB/T26752-2020的力學性能分類，PAN基碳纖維分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型四類。絲束規(guī)格：按纖維數(shù)量不同可分為小絲束和大絲束，一般將絲束數(shù)量小于24K的碳纖維稱為小絲束（1K代表一束碳纖維中有1000根絲），24K以上的為大絲束。小絲束碳纖維性能優(yōu)異、產(chǎn)量低、價格較高，一般用于航空航天、國防軍工等高科技領(lǐng)域。大絲束產(chǎn)品性能相對較低、成本較低、生產(chǎn)控制難度大，廣泛運用于基礎(chǔ)工業(yè)、民用領(lǐng)域。原絲制備工藝：按照紡絲溶劑的選擇，聚合工藝的連續(xù)性，紡絲采用的工藝方法等，原絲制備可以分為不同的工藝類型。按照紡絲溶劑區(qū)分，包括DMSO（二甲基亞砜）、DMAC（N,N二甲基乙酰胺）、NaSCN（硫氰酸鈉）等不同的溶劑類別。按照聚合工藝的連續(xù)性，可以分為一步法、兩步法。按照紡絲工藝，可以分為濕法和干噴濕紡法。碳纖維發(fā)展史20世紀60年代，全球碳纖維行業(yè)開始取得技術(shù)突破，日本進藤昭男發(fā)明了以聚丙烯腈（PAN）纖維為原料制取碳纖維的方法，并取得了技術(shù)專利，為碳纖維工業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。20世紀70年代，日本東麗開發(fā)出高性能聚丙烯腈基碳纖維。20世紀80年代，以日本東麗和美國赫氏為代表的公司，生產(chǎn)出高強度和高模量產(chǎn)品，碳纖維拉伸強度提升，使應(yīng)用開發(fā)進入一個新的高水平階段。20世紀90年代，碳纖維的拉伸強度、模量進一步提升。進入21世紀后，全球碳纖維市場平穩(wěn)發(fā)展，中國奮起直追，逐漸建立起國產(chǎn)高強碳纖維產(chǎn)學研用的研發(fā)生產(chǎn)與應(yīng)用體系。2010年，國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能達到7000余噸，生產(chǎn)量約1650噸，有效緩解了重大工程對國產(chǎn)高性能碳纖維的迫切需求，國產(chǎn)高強碳纖維進入快速發(fā)展階段。圖1.1國際碳纖維發(fā)展歷程天庫71■科博■鼻*H才的*??SHf*a?fc,句向工*以區(qū)H航空的擾理化出舊內(nèi)星如J7 朝Ttft裁受本骨理冏苒強中，?圻市W?曼E辜鞘吳*；?κ?τ?生.ι≡m在戛豆基事生事軒過的工■上工?eτ?*s?J∣tf?fa2Mfcn?nm5平電發(fā)修：國巴電啾制易父配??∣?≠∣rJ.^s∣flt≡ft?^?τ,開度離sw.肝慢方工程任解龍.ι?≡.覆等■?世先后息修?WZff?.廣囊化立枇奉費)■第星立*國產(chǎn)苒Sl坪蚌?fi?pιW*貼版4聲與昆曲停叫扉"y餐髭1葉相比設(shè)t??π≠f*8∣?左右晌最事國*至*軒博工*化雙Q生產(chǎn).■中■杵N鉆汨工趾相?氏支用和王許as*住，■任用有4的落重*?1T.t?M9X7?ιaDf?黔A%ih才中?醒腳”實費鎮(zhèn)明忸生產(chǎn)用■;品31電小，即■叫R>mSiMIS?κ?以UHMi嚏森普林自同Jau購虻±?L4?-f≡?資料來源：《中國化工新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，國信證券經(jīng)濟研究所二、碳纖維應(yīng)用碳纖維本身具備低比重、高強度的優(yōu)異屬性，與其他材料復(fù)合制成的碳纖維復(fù)合材料具有高強輕量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等特點，因此在誕生之初便作為戰(zhàn)略性物資應(yīng)用于國防、航空航天等軍用行業(yè)。之后隨著商業(yè)化的順利推進及成本的不斷降低，碳纖維優(yōu)異屬性被廣泛認知，應(yīng)用范圍持續(xù)拓寬，并逐步在民用領(lǐng)域大放光彩，成為軍民兩用的優(yōu)異新材料品種。(1)全球碳纖維需求以風電葉片、航空航天、體育及汽車為主全球碳纖維需求量穩(wěn)步增長，未來仍將處于高速增長期。過去10余年間，隨著碳纖維下游應(yīng)用滲透率的提升，全球碳纖維需求量穩(wěn)步增長，2019年全球碳纖維需求量首次突破10萬噸，相較2008年CAGR達10%。2020年受疫情影響下游航空業(yè)受損明顯，但其他產(chǎn)業(yè)需求旺盛，全年需求量仍較19年同比提升3%達到10.7萬噸，據(jù)賽奧碳纖維技術(shù)預(yù)測，2025年全球碳纖維需求量有望達到20萬噸，5年CAGR將達13.3%,未來或?qū)⒊掷m(xù)處于高速增長期。風電葉片、航空航天、體育及汽車為全球碳纖維主要應(yīng)用領(lǐng)域。全球范圍來看，碳纖維下游應(yīng)用較為分散，各產(chǎn)業(yè)應(yīng)用蓬勃發(fā)展，風電葉片、航空航天、體育及汽車為主要應(yīng)用領(lǐng)域。按用量計，風電葉片近年來快速發(fā)展，現(xiàn)已成為全球第一大碳纖維消費市場，2020年需求量3.06萬噸占比29%,航空航天、體育休閑及汽車分別占比15柒14%和12沆值得關(guān)注的是，若以金額計，航空航天產(chǎn)業(yè)以9.87億美元排名第一，占比高達38%,體現(xiàn)出航空航天領(lǐng)域碳纖維產(chǎn)品的高產(chǎn)值，而風電葉片雖用量大，但其使用的碳纖維是低成本的大絲束產(chǎn)品，因此金額計占比僅約16%o圖2.1全球碳纖維下游應(yīng)用（按用量）其他.改體育休閑，14國資料來源：賽奧碳纖維技術(shù)，西部證券研究中心(2)航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品具備高附加值，大絲束產(chǎn)品份額持續(xù)提升大絲束產(chǎn)品份額將持續(xù)提升。小絲束碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要求嚴格且難度大，生產(chǎn)成本較高，故多用于航空航天等高科技及高附加值領(lǐng)域，航空航天領(lǐng)域產(chǎn)品單價約60美元/噸。而大絲束產(chǎn)品性能相對遜色但勝在生產(chǎn)成本低，以風電葉片為代表的碳纖維產(chǎn)品單價低至14美元∕kg,因此在風電、電纜等基礎(chǔ)工業(yè)領(lǐng)域需求旺盛，2020年大絲束產(chǎn)品需求占比約45%,較2019年提高2個PCT。未來在風電領(lǐng)域高景氣疊加對部分小絲束產(chǎn)品替代的推動下，大絲束產(chǎn)品份額有望進一步提升。圖2.22020年全球大絲束碳纖維需求占比資料來源：賽奧碳纖維技術(shù)，西部證券研究中心三、碳纖維市場供應(yīng)2021年，全球碳纖維理論產(chǎn)能約20.76萬噸，其中中國大陸地區(qū)首次超過美國，成為全球最大產(chǎn)能國，碳纖維理論產(chǎn)能達到6.34萬噸，占比30.5%，美國4.87萬噸，占比23.5%，日本2.5萬噸，占比12%。而且從國內(nèi)各家碳纖維企業(yè)公布的擴產(chǎn)情況看，中國將在產(chǎn)能上較長期保持第一的地位。盡管中國大陸產(chǎn)能眾多，但需要注意到2021年我們的進口量有3.3萬噸，超過國產(chǎn)數(shù)量，說明國內(nèi)產(chǎn)能與海外巨頭相比仍有較大差距，無論在性能、質(zhì)量水平及成本水平上，進口碳纖維依然有強大的優(yōu)勢。未來中國碳纖維產(chǎn)業(yè)仍需努力形成具有國際競爭優(yōu)勢的產(chǎn)能。美國：本土主力碳纖維企業(yè)，赫氏與氰特公司（被比利時索爾維集團收購）承擔著美國軍用碳纖維的制造，剩余部分服務(wù)于民用。東麗旗下的卓爾泰克在美國也有部分大絲束生產(chǎn)（主力在匈牙利與墨西哥）；日本東麗在美國的生產(chǎn)能力比本土還大，東邦通過并購美國的AKZO-FORTAFIL發(fā)展碳纖維，為了與東麗競爭波音市場，布局了龐大的擴產(chǎn)計劃；三菱通過并購美國的GRAFIL碳纖維工廠進入美國市場，后又收購了德國西格里在懷俄明州的碳化線；德國西格里在MOSA湖旁邊建立了汽車碳纖維工廠。全球碳纖維6大巨頭在美國均有工廠。歐洲：德國西格里通過收購英國碳纖維資產(chǎn)進入碳纖維領(lǐng)域；東麗與東邦分別在法國與德國投資碳纖維工廠；赫氏分別在法國與西班牙建立碳纖維工廠。東麗集團旗下的卓爾泰克在匈牙利有碳纖維工廠；全球碳纖維6大巨頭中，有4家在歐洲有投資。日本：主體是本土三巨頭的碳纖維工廠，以及三菱與德國西格里合資的原絲工廠。韓國：除了東麗的工廠，主要曉星集團的碳纖維工廠。中國：除了臺灣地區(qū)的臺塑及永虹，在大陸區(qū)域，均是本土的碳纖維工廠。圖3.12021年中國成為全球最大產(chǎn)能國資料來源：《2021全球碳纖維復(fù)合材料市場報告》，首創(chuàng)證券由于碳纖維行業(yè)復(fù)雜的工藝流程、高額的研發(fā)投入以及很長的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化周期，使得國際上真正具有研發(fā)和生產(chǎn)能力的公司屈指可數(shù)，碳纖維市場屬于高度集中寡占型市場。從細分市場來看，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，包括美國的Zoltek和德國的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。其對高端碳纖維材料的壟斷，占據(jù)著航天航空的國際市場。產(chǎn)能角度，日本東麗與美國卓爾泰克合并后，總產(chǎn)能達約5.75萬噸，占據(jù)絕對龍頭地位。近年來隨著中國碳纖維技術(shù)的發(fā)展，中國的企業(yè)產(chǎn)能也有所上升，2021年吉林化纖集團增長近1.6萬噸產(chǎn)能（含收購江城的產(chǎn)能），另外中復(fù)神鷹的產(chǎn)能在2021年達到1.15萬噸，寶旌的產(chǎn)能達到1.05萬噸，進入全球十強。四、碳纖維行業(yè)國家政策政策加碼促進國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。近年來我國推出了多項關(guān)于碳纖維及碳纖維復(fù)合材料的支持政策，促進碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2015年國務(wù)院對未來國產(chǎn)碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)成熟度提出階段性要求，為確保技術(shù)研發(fā)的持續(xù)推進提供了政策支撐；2016年發(fā)布的“十三五”規(guī)劃綱要中將高性能碳纖維列入高端材料，提出需要大力發(fā)展高性能碳纖維與復(fù)合材料等技術(shù)，滿足國家建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展需求；2021年發(fā)布的“十四五”規(guī)劃和2035遠景目標綱要中，提出要加強碳纖維等高性能纖維及其復(fù)合材料的研發(fā)應(yīng)用，為未來碳纖維行業(yè)的技術(shù)進步提供了良好的政策環(huán)境。這些政策的推出，強有力地促進了我國碳纖維及其復(fù)合材料的科研創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化推廣以及產(chǎn)能提升。表4.1碳纖維行業(yè)政策時間^??en重點內(nèi)容2OΞ1.3十三屆全國人大四次會議《中華人第等口國國器而也筋醒十四?t五年規(guī)劃和提出要力颼碳纖?辱高性t隹琛及其復(fù)?材料白新發(fā)應(yīng)用，為未來碳纖維行業(yè)白姬端心提供了螃的政頻境2019.11國一發(fā)改委.科技部.工信部.財喘E《關(guān)于擴大螂&性新興a溺赍培WXzbt新噌長點喟長很的指導意見》要求槃鰻點產(chǎn)腰赍領(lǐng)械，如快蝴料產(chǎn)業(yè)耀項.籟很障大飛機、微電子制造深海率譚彰額域產(chǎn)業(yè)前蛔蠅定，加快在光so曉9≡j.育港a金.高性能纖銅相.育強≡加熱材料、耐腐性材料.大尺市封工底子封裝蹄等領(lǐng)域則突破2019.11工廊B4套蠲梯4高頗應(yīng)用示酒W導目錄口c∏9用牌?將應(yīng)用于骯空.嘛.軌敷逋.SL,風電裝備.壓力浦嚼領(lǐng)域的高轆.割好迪高鍵腳耐料2019.1國家發(fā)港《產(chǎn)mB槍凋謝導目錄（2019年本）? 將碳纖?辱高性t卷掰及制品的開發(fā)，應(yīng)用和生艇冽為國家產(chǎn)業(yè)架構(gòu)調(diào)音導目錄的魏類項目2013.12工信^代產(chǎn)業(yè)發(fā)展與轉(zhuǎn)移指導目錄（2WB年本】?1.頡!上厘E浙江.Llm口天第地!1口快?展先的膽匿■廊承.施神.高性能復(fù)合群展特種功曲解K戰(zhàn)蹄前沿材料等產(chǎn)小乙鼓勵江蘇苜例先承接發(fā)鹿奇性!施纖維晟峰管相科、碳/褂復(fù)?材料.無網(wǎng)旦旃鐳第s、?r^?f?e2013.11國家統(tǒng)計局《戰(zhàn)暗性菊興產(chǎn)業(yè)分美（201θ）飛1將高懂懶2硝1制品制遨I入l≡性新興產(chǎn)業(yè)分類；3揩割鍛紐≡,蔑I中翻維≡,高麒第a前i高翱^俸，碳維留馳碉優(yōu)碳維顛制得^lλ,重臣唯和H躇2019.9質(zhì)檢總局、工信≡.國??rt?H?^??ft動計劃(2D10-2020?)>指出棉瘦碳纖?的山臺項標準，建立并強測武雨介3室，有利于促進碳纖?通耐料關(guān)掰?本產(chǎn)業(yè)化提升用S斑臺材料生產(chǎn)及應(yīng)用水■平,重點發(fā)屈盲性t酶維除高性能軒?酸其應(yīng)用2013.2工席原材料工?司也加17年石倒江行業(yè)隆濟運營盾現(xiàn)》指導喘纖葬吸復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟?電子化!＞材料產(chǎn)業(yè)聘爵聯(lián)盟開展工作，做施儺電子陪品.膜轆悟下蹣械的應(yīng)用推廣.能動成立汽車輕副唱■屬材料產(chǎn)業(yè)颼，推虹程塑料.碳辟囑臺材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用2017.11國能塔4增強制造業(yè)檎％競爭力三年行動計劃仁口1日-202口年）解決覆纖維的鼠