全球與中國碳纖維行業(yè)發(fā)展格局及應(yīng)用領(lǐng)域分析

全球與中國碳纖維行業(yè)發(fā)展格局及應(yīng)用領(lǐng)域分析

隨著碳纖維技術(shù)的不斷發(fā)展，碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，需求也呈上升趨勢，預(yù)計(jì)到2020年，全球碳纖維需求總量將達(dá)到112.1千噸，年均復(fù)合增長率達(dá)到9.83%；預(yù)計(jì)2020年國內(nèi)碳纖維需求將達(dá)到40.29千噸左右，年均增長速率約14.19%。在市場規(guī)模方面，目前國內(nèi)的碳纖維主要應(yīng)用于體育休閑等領(lǐng)域，國外已經(jīng)成熟運(yùn)用的航空航天和工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒊蔀槲磥韲鴥?nèi)市場的主要增長來源。

碳纖維（CarbonFiber，簡稱CF）是由有機(jī)纖維（粘膠基、瀝青基、聚丙烯腈基纖維等）在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈機(jī)構(gòu)的無機(jī)纖維，是一種含碳量高于90%的無機(jī)纖維。碳纖維具有目前其他任何材料無可比擬的高比強(qiáng)度（強(qiáng)度比密度）和高比剛度（模量比密度），還具有低比重、耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫、膨脹系數(shù)小等特性，被譽(yù)為“新材料之王”，廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)以及高性能民用領(lǐng)域，主要包括航空航天、海洋工程、新能源裝備、工程機(jī)械、交通設(shè)施等，是一種國家極需、應(yīng)用前景廣闊的戰(zhàn)略性新材料。

一、全球格局

碳纖維在世界的發(fā)展已有百年，最早萌芽于19世紀(jì)80年代白熾燈的發(fā)明，經(jīng)過約半個(gè)世紀(jì)的停滯，隨著20世紀(jì)中期基礎(chǔ)研究的發(fā)展與化學(xué)纖維的出現(xiàn)，高性能碳纖維在美國得以問世。尤其是70年代以后，碳纖維憑借其優(yōu)異的特性在下游產(chǎn)業(yè)中迅速商業(yè)化，更多的企業(yè)嘗試將碳纖維應(yīng)用于自身產(chǎn)品中，自此碳纖維邁入高速發(fā)展期。20世紀(jì)70年代，碳纖維在體育休閑領(lǐng)域大放異彩；80年代，碳纖維越來越多地應(yīng)用于航空航天與汽車領(lǐng)域；到21世紀(jì)，以VESTAS為首的風(fēng)電生產(chǎn)企業(yè)嘗試將碳纖維應(yīng)用于風(fēng)電葉片中。2018年，全球碳纖維理論產(chǎn)能已達(dá)到154.8千噸，并在風(fēng)電葉片、航空航天、體育休閑等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

二、全球主要應(yīng)用

全球碳纖維主要應(yīng)用于風(fēng)電葉片、航空航天、體育休閑與汽車等領(lǐng)域。碳纖維2018年全球需求量達(dá)到92.6千噸，總價(jià)值達(dá)到25.71億美元。在細(xì)分市場的應(yīng)用上，風(fēng)電葉片、航空航天、體育休閑及汽車領(lǐng)域的需求達(dá)到68.1千噸，占據(jù)碳纖維全球需求總量的73.5%；而從價(jià)值上看，航空航天、體育休閑、風(fēng)電葉片和汽車領(lǐng)域合計(jì)達(dá)到20.91億美元，占比進(jìn)一步提升，達(dá)到81%。

2018年航空航天的碳纖維需求量21千噸，占當(dāng)年總需求量的23%，稍落后于風(fēng)電葉片22千噸；但在價(jià)值上，航空航天需求高達(dá)12.6億美元，占當(dāng)年碳纖維市場總價(jià)值的49%，約為其他應(yīng)用領(lǐng)域之和，造成差異的主要原因是航空航天用的碳纖維單價(jià)大幅高于其他民用碳纖維：航空航天領(lǐng)域碳纖維的單價(jià)為6萬美元/噸，遠(yuǎn)高于碳纖維整體單價(jià)2.78萬美元/噸。

2008年全球碳纖維需求量36.4千噸，2018年達(dá)到92.6千噸，十年間的平均增長率為9.8%，且近年來增長率有所提升，2015-2018年間的增長率分別為28%、15%、7%、10%，平均而言高于此前的增長率。若按每年10%的增長率計(jì)算，預(yù)計(jì)2019與2020年全球碳纖維的需求量將分別達(dá)到101.9與112.1千噸。

三、國內(nèi)現(xiàn)狀

國內(nèi)碳纖維近年來取得較快發(fā)展。我國聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的研究起步于20世紀(jì)60年代，最早從事碳纖維研發(fā)的機(jī)構(gòu)主要為中科院山西煤化所、長春應(yīng)用化學(xué)研究所、化學(xué)研究所（北京），但由于工藝基礎(chǔ)薄弱、裝備技術(shù)落后、西方國家技術(shù)封鎖等原因，聚丙烯腈（PAN）基碳纖維國產(chǎn)化技術(shù)長期徘徊在較低水平。2002年建成第一條二甲基亞砜原絲工程化線后，國產(chǎn)化聚丙烯腈（PAN）基碳纖維實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，國家科技部設(shè)立了“863”計(jì)劃，重點(diǎn)支持國產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維的工程化研究，國家發(fā)改委、工信部等也加大支持工程化、產(chǎn)業(yè)化及其應(yīng)用，國產(chǎn)碳纖維進(jìn)入有序發(fā)展階段。

目前國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)主要聚集于江蘇、山東、吉林等地，具有較高的市場集中度。21世紀(jì)以來，在國家大力扶持下，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)取得了重大突破，初步形成了以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維產(chǎn)業(yè)聚集地。截止2018年，全國約有20余家聚丙烯腈基碳纖維生產(chǎn)企業(yè)和6家碳纖維研究單位，其中產(chǎn)能千噸以上的企業(yè)有8家，這8家占據(jù)了國內(nèi)大部分碳纖維市場。2018年全國碳纖維理論產(chǎn)能為26.8千噸，8家千噸級(jí)碳纖維企業(yè)的理論產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到23.3千噸，占比86.94%，具有較高的市場集中度。

自21世紀(jì)以來，碳纖維得到政府的高度重視，國家出臺(tái)一系列政策支持碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，自此碳纖維步入快速發(fā)展期。國家在《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》中明確提出“重點(diǎn)研制碳纖維及其復(fù)合材料、高溫合金、先進(jìn)半導(dǎo)體材料、新型顯示及其材料、高端裝備用特種合金、稀土新材料、軍用新材料等，突破制備、評(píng)價(jià)、應(yīng)用等核心關(guān)鍵技術(shù)”；《中國制造2025》中碳纖維被列為關(guān)鍵戰(zhàn)略材料之一，并要求到2020年，國產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料要滿足大飛機(jī)技術(shù)要求，國產(chǎn)碳纖維用量要達(dá)到4000噸以上；到2025年高性能碳纖維基本實(shí)現(xiàn)自主保障。在國家的大力推動(dòng)下，碳纖維行業(yè)將吸引越來越多的資金和人才加入其中，隨著下游產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，碳纖維行業(yè)未來有望獲得廣闊發(fā)展。

四、國內(nèi)主要應(yīng)用

全球碳纖維主要應(yīng)用于風(fēng)電葉片、航空航天、體育休閑和汽車領(lǐng)域，其中數(shù)量占比最大的是風(fēng)電葉片，2018年達(dá)到22千噸，占當(dāng)年全球碳纖維需求量的23%；以金額統(tǒng)計(jì)，占比最大的是航空航天，2018年達(dá)到12.6億美元，占當(dāng)年全球碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的49%。目前國內(nèi)對(duì)于碳纖維的需求主要集中于體育休閑和風(fēng)電葉片，2018年國內(nèi)碳纖維的總需求量為31千噸，體育休閑和風(fēng)電葉片領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量為19.5千噸，占比達(dá)到國內(nèi)總需求量的66.2%，航空航天的占比僅3.2%，假設(shè)應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域碳纖維的單價(jià)是其他領(lǐng)域的3倍，按金額計(jì)算則航空航天領(lǐng)域的碳纖維占比僅9%，遠(yuǎn)低于國際水平。未來國產(chǎn)碳纖維將更多應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，這將極大地促進(jìn)國內(nèi)碳纖維的發(fā)展。

由于碳纖維復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)輕量化中無可替代的材料性能，在軍用航空的應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，從1969年起，美國F14A戰(zhàn)機(jī)碳纖維復(fù)合材料用量僅有1%，到美國F-22和F35為代表的第四代戰(zhàn)斗機(jī)上碳纖維復(fù)合材料用量達(dá)到24%和36%，在美國B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)上，碳纖維復(fù)合材料占比更是超過了50%，用量與日俱增。我軍戰(zhàn)斗機(jī)以二代和三代機(jī)為主，老式戰(zhàn)機(jī)占比較高。我國約60%的軍用飛機(jī)面臨退役，換成以三代、四代戰(zhàn)斗機(jī)為標(biāo)志的新一代空戰(zhàn)力量，這將在很大程度上推動(dòng)軍用飛機(jī)的需求，為我國軍用飛機(jī)制造業(yè)提供了難得的發(fā)展機(jī)遇，將拉動(dòng)對(duì)高端碳纖維復(fù)合材料的需求。

2018年中國現(xiàn)役戰(zhàn)斗飛機(jī)為3187架，若按60%的比例進(jìn)行更新?lián)Q代約需更換1912架，以殲20作為新機(jī)參考標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合材料約為20%，空機(jī)的重量為17噸，則全面更新?lián)Q代后需要復(fù)合材料6501.5噸。假設(shè)全部使用碳纖維復(fù)合材料，以每噸6萬美元的均價(jià)計(jì)算，將帶來3.9億美元的市場。

隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長，航空運(yùn)輸需求旺盛，中央和地方政府不斷加大對(duì)民用機(jī)場建設(shè)的投入，民用機(jī)場建設(shè)掀起新一輪發(fā)展高潮，極大促進(jìn)了國內(nèi)民用航空產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，客機(jī)需求數(shù)量激增。同時(shí)，國內(nèi)民用飛機(jī)對(duì)于碳纖維復(fù)合材料的使用占比較低。目前最新的B787和A350，碳纖維復(fù)合材料的用量達(dá)到了50%以上，而中國的C919飛機(jī)復(fù)合材料約為12%。C919已累計(jì)有815架訂單，每架空機(jī)重量為42噸，則總計(jì)需要4107.6千噸復(fù)合材料。假設(shè)所需復(fù)合材料均為碳纖維復(fù)合材料，以每噸6萬美元的均價(jià)計(jì)算，則C919飛機(jī)既有訂單的全面交付將帶來2.46億美元的市場。未來以C919為代表的國產(chǎn)大型客機(jī)商業(yè)化，將為碳纖維在民用航空領(lǐng)域提供了更大的發(fā)展機(jī)遇。

五、碳纖維供需

《2020-2026年中國碳纖維材料行業(yè)市場發(fā)展規(guī)劃及投資趨勢分析報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：2018年國內(nèi)碳纖維需求達(dá)到31千噸，占全球碳纖維需求的33.48%，對(duì)比2017年的23.5千噸，增速達(dá)到32%，同期全球碳纖維需求的增長率約為10%。2008-2018十年間，國內(nèi)碳纖維的需求量從8.2千噸增長至31千噸，年均增長率達(dá)到14.22%，高于9.8%的世界平均增長率；自2015年以來，國內(nèi)碳纖維需求的增長率始終維持在較高水平，并有加速上升的趨勢。若按14%的增長率計(jì)算，預(yù)計(jì)到2020年，國內(nèi)碳纖維的需求將達(dá)到40.29千噸。

2008年國內(nèi)碳纖維的需求為8200噸，其中國產(chǎn)碳纖維為200噸，占比2.44%；2018年國內(nèi)碳纖維的需求為31千噸，其中國產(chǎn)碳纖維為9千噸，占比29.03%。國內(nèi)需求中國產(chǎn)碳纖維的年增長率約46.33%，高于國內(nèi)碳纖維需求的增長率（14.22%），碳纖維國產(chǎn)化率逐年上升。若以40%的增長率計(jì)算，2020年國內(nèi)碳纖維40.29千噸的需求中將有17.64千噸的國產(chǎn)碳纖維，占比提升至43.79%。

目前國內(nèi)碳纖維的銷量/產(chǎn)能比仍處于較低水平，未來隨著銷量/產(chǎn)能比的提高，國內(nèi)碳纖維的實(shí)際銷量有望大幅增加。

受益于下游需求的增長、國