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)用場景廣泛。碳纖維是由聚丙烯腈或瀝青、粘膠等有機纖維，在高溫環(huán)境下經(jīng)碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu)而得到的無機高分子纖維，直徑5-10 微米，含碳量高達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，是新一代增強纖維。特性之一是輕質(zhì)，比重不到鋼 的1/4，同時力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強度是鋼的 7-9 倍，高強度、高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、抗疲勞等。通常與樹脂、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， 主要用于國防軍工、航空航天等高端技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)量低、成本高，價格高，被稱為“宇航級材料”； 24K 及以上的為大絲束，廣泛用于紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機電、土木建筑、交通運輸和

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，被稱為“工業(yè)級材料”。大絲束碳纖維核心驅(qū)動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，打開碳纖維 廣泛運用于工業(yè)和民用領(lǐng)域大門。根據(jù)不同的強度和模量的力學(xué)性能分為高強型、高強中模型、高模型、高強高模型。作為碳纖維龍頭，日本東麗制定的 T 系列和 M 系列性能指標是實踐中被運用最廣的分類指標。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 強度的碳纖維，而民用如風(fēng)電、體育領(lǐng)域則多采用 T300 強度的碳纖維。碳纖維應(yīng)用之航空航天航天領(lǐng)域如飛機、火箭對材料輕量化的追求，早已達到以克為計量單位的程度，在安全的基礎(chǔ)

4、上不斷追求更輕。用碳纖維制造 的飛機，可以大幅節(jié)約能耗，擴展飛行航程，提高載荷，提高靈活性，延長飛行壽命等。 美國早在1969年就已經(jīng)把碳纖維復(fù)合材料用在了F-14A戰(zhàn)斗機上，但由于工藝和造價的限制，當時僅僅使用了飛機自重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，碳纖維的使用比例提升到飛機重量的24%和36%。發(fā)展到今天，X-47B、“神 經(jīng)元”、“雷神”等幾個型號的無人機上，碳纖維的使用比例高達90%。民用飛機領(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)的不斷進步，至 A380 時，復(fù)合材 料占比達到 23%，最新的 B7

5、87 和 A350 機身上，復(fù)合材料的用量達到 50%。中國人自己的民用大飛機C919的復(fù)合材料使用比例就 達到了12%，而CR929更是要達到總重的51%，超過波音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)電機組將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的關(guān)鍵部件。葉片結(jié)構(gòu)和用材會直接影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率，是風(fēng)機獲取更高風(fēng)電機 組利用小時數(shù)和實現(xiàn)經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。從風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)來看，其主要由增強材料（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%成本來自于原材料，而60%原材料成本來自于纖維材料 增強纖維與基體樹脂。碳纖維應(yīng)用之體育休閑碳纖維在體育休閑市場中，主要應(yīng)用于高爾夫球桿、

6、曲棍球棍、網(wǎng)球拍、釣魚竿、自行車架、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)、高強度、高模量、耐腐蝕等特點。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%，碳纖維自行車較鋁材減重40%且實現(xiàn)更高的車架精度。釣魚竿、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用。對于氫燃料車來說， 儲氫罐是目前主流的燃料儲存方式， 通過將氫氣能源以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種狀態(tài)儲存在儲氫罐中，能夠保證氫能源車的能源供給，通過高壓壓縮儲存氣態(tài)氫，能 夠賦予氫燃料車成本低、能耗小、充放

7、氣速度快的等特點，也是目前氫燃料車的動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)及其織物為增強材料，以碳(或石墨)為基體，通過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、高溫強度高、可設(shè)計性強等突 出特點，尤其是其強度隨著溫度的升高，不僅不會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：全球碳纖維市場拉開序幕，批量化生產(chǎn)逐步實現(xiàn)。1959年，碳纖維在日本大阪工

8、業(yè)試驗所中誕生。日本大阪工業(yè)試驗所發(fā)明了 PAN 基碳纖維制備技術(shù)。同年美國空軍材料實驗室 和美國聯(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)始終局限于實驗室技術(shù)的研發(fā)。 20世紀70-80年代，碳纖維實現(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 公司基本開發(fā)完成現(xiàn)有的絕大部分產(chǎn)品型號T300、T800、T1000、M60J，產(chǎn)能達到上千噸/年，卓爾泰克作為美國第一個工業(yè)碳 纖維的廠家誕生。 美國聯(lián)合碳化公司主動找到日本東麗公司達成合作協(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 兩國各取所需，形成

9、了碳纖維技術(shù)的雙雄壟斷。中國碳纖維行業(yè)發(fā)展：基礎(chǔ)薄發(fā)展慢，正加速追趕上世紀6070年代，中國碳纖維行業(yè)起步，政策投入資金支持。1962年，中科院長春應(yīng)用化學(xué)所成立“聚丙烯腈基碳纖維的研制”課題組，標志著我國碳纖維行業(yè)的起步。 為了國防需要，全國各大研究所、研究院展開對于碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的研究。上世紀六七十年代，中央投入到承擔碳纖維原絲 等碳纖維民用研究資金 2600多萬元，建成PAN原絲試制力約50噸/年，碳纖維長絲的試制能力約2.0 噸/年。上世紀8090年代：引進國外碳化設(shè)備受阻，生產(chǎn)效率低下，研發(fā)及工業(yè)化停滯。因為國外碳纖維技術(shù)嚴格封鎖，盡管當時國家科委鼓勵引進國外的先進技術(shù)，并提供資金支持

10、，但僅有英國RK公司愿意 以高價出售大絲束預(yù)氧化爐和炭化爐。隨后我國委托RK公司加工制造了一套10噸級（12K）預(yù)氧化、碳化中試線，項目歷經(jīng) 磨難，險遭封殺。國內(nèi)大部分研發(fā)單位退出該領(lǐng)域，全國僅有3家碳纖維工廠維持小批量生產(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)電葉片拉動需求快速增長全球碳纖維市場需求增速預(yù)計為15%從銷售金額方面看，2021年全球碳纖維的銷售額為34.00億美元，除了需求量的影響之外，還有碳纖維價格的上漲。 全球碳纖維前三大主要應(yīng)用從質(zhì)量需求來看，依次為風(fēng)電葉片、航空航天、體育休閑。由于航空航天領(lǐng)域所用碳纖維價格 較高，所以從市場規(guī)?？矗叭笠来螢楹娇蘸教?/p>

11、、風(fēng)電葉片、體育休閑。 未來十年，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，預(yù)計2025年將達到20萬噸，2030將達 到40萬噸，年均復(fù)合增長率約為15%。全球風(fēng)機葉片用碳纖維市場需求增速預(yù)計為25%GWEC（全球風(fēng)能理事會）發(fā)布2021年全球風(fēng)電行業(yè)發(fā)展報告稱，2021年全球新增風(fēng)電裝機容量93.6GW，比2020年創(chuàng)紀錄水 平下降1.8%，其中中國47.7GW占比51%，美國占比14%，巴西占比4%。從分布來看，其中72.5GW來自陸上風(fēng)電場（占比77%）， 21.1GW來自海上風(fēng)電場（占比23%）。GWEC預(yù)測未來5年，全球風(fēng)電裝機容量將達到557GW，年均復(fù)合增

12、長率為6.6%。全球碳纖維市場供應(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。全球碳纖維市場供

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。中國碳纖維市場需求供不應(yīng)求，快速發(fā)展2021年中國碳纖維的

14、總需求為6.24萬噸，同比增長了27.7%，其中，進口量為3.31萬噸（占總需求的53.1%，比2020增長了 9.2%），國產(chǎn)纖維供應(yīng)量為2.93萬噸（占總需求的46.9%，比2020年增長了58.1%）。 風(fēng)電葉片是中國碳纖維需求的主要領(lǐng)域。2021年國內(nèi)風(fēng)電葉片所需碳纖維為2.25萬噸，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)動快速發(fā)展的碳碳復(fù)材，占比已經(jīng)達到11.2%。中國風(fēng)電葉片用碳纖維市場CAGR高達60%2021年中國風(fēng)電新增裝機高位回落。2021年，我國風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機4757萬千瓦，同比下降33.6%，主要因為2020年陸上風(fēng)電 出現(xiàn)

15、搶裝潮，裝機量達到7167萬千瓦的歷史高點，隨著搶裝潮結(jié)束，2021年陸上新增裝機量高位回落。但2021年海上風(fēng)電異軍突 起，全年新增裝機1690萬千瓦，是此前累計建成總規(guī)模的1.8倍，目前累計裝機規(guī)模達到2638萬千瓦，躍居世界第一。中國碳纖維市場供應(yīng)集中，快速增長據(jù)賽奧碳纖維，2021年中國碳纖維原絲的運行產(chǎn)能約為13.6萬噸，碳纖維運行產(chǎn)能約為6.3萬噸。其中大部分企業(yè)的原絲統(tǒng)計， 只是用碳絲產(chǎn)能乘以2.5的估算數(shù)據(jù)，這個只是為了說明這些廠家具備全部或部分原絲供應(yīng)能力，并非該企業(yè)的真實原絲產(chǎn)能，其中 只有吉林化纖集團的6萬噸產(chǎn)能是準確數(shù)據(jù)，除了自供，還向海內(nèi)外市場銷售原絲。 國內(nèi)碳纖維行

16、業(yè)同樣產(chǎn)能集中。以運行產(chǎn)能統(tǒng)計，行業(yè)前三大企業(yè)吉林化纖集團、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)能占比達到60%，與全球碳纖維行業(yè)格局相似。全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料市場需求快速增長碳纖維復(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)過程。根據(jù)碳纖維在樹脂基碳纖維復(fù)合材料中65%的比例計算，2021年全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求量約為18.15萬噸，同比增 10.4%，預(yù)計2025年達到28.51萬噸，未來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33%，盡管依然有商用航空市場低迷的影響，但是，其他如軍機、 無人機市場急劇增長；除了

17、汽車行業(yè)受BMW 2021年中停產(chǎn)I3的影響外，其他應(yīng)用分市場均有增長。四、國內(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，只是兩者對分子量、紡絲長度等要求 有所不同。可以說腈綸“大而粗獷”，碳纖維“小而精致”，腈綸產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗是發(fā)展碳纖維的基礎(chǔ)，尤其是大絲束。近些年，由于 其他化纖的競爭替代，腈綸市場逐年萎縮，而PAN基碳纖維則處于蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。4.2 吉林化纖：粘膠長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)和銷售，產(chǎn) 品以粘膠長絲為主，同時配套粘膠短纖。近年來不斷 向碳纖維領(lǐng)

18、域拓展，培育新的利潤增長點。 粘膠纖維是以天然植物纖維（棉、木、竹等）為 原料制造出來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、無添加、無重金屬、無有 害化學(xué)物，對皮膚親和無刺激，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，主要從事聚丙烯腈基碳纖維原絲的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。 2015年，奇峰化纖將其所持有的吉林碳谷100%股權(quán)經(jīng)過吉林市國盛資產(chǎn)管理有限公司而最終轉(zhuǎn)讓給吉林市國興新材料產(chǎn)業(yè)投資有限 公司，同年將國興新材料所持有的35%股份轉(zhuǎn)讓給吉林九富資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司。經(jīng)過多年發(fā)展變遷，至2021