2023年中國新材料之碳纖維行業(yè)洞察報告

　　碳纖維是指含碳量在90%以上的無機高分子材料，主要將聚丙烯腈（瀝青或粘膠）等作為原料，經過高溫氧化、碳化等環(huán)節(jié)而生成。碳纖維具有高硬度、高強度、耐高溫、耐腐蝕、輕質量等特性，可廣泛應用于風電葉片、碳碳復材、航空航天、壓力容器、休閑體育等領域，是性能優(yōu)異、用途廣泛的國家戰(zhàn)略性新材料。

　　碳纖維可以按照原絲類型、纖維形態(tài)、絲束規(guī)格、生產工藝、力學性能等標準進行分類，其中常用的三大分類維度是原絲類型、絲束規(guī)格和力學性能。按照原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基、粘膠基等；按照絲束規(guī)格可分為大、小絲束；按照力學性能可分為標模、中模和高模。

　　1、發(fā)展驅動

　　政策驅動：政策持續(xù)助力，為碳纖維行業(yè)發(fā)展提供良好環(huán)境

　　近年來，國家出臺了一系列關于碳纖維及碳纖維復合材料的產業(yè)支持政策，持續(xù)引導碳纖維材料的關鍵生產技術升級、產業(yè)化項目落地和應用領域拓展，推動碳纖維行業(yè)蓬勃發(fā)展。其中，工信部于2019年發(fā)布《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2019年版)》，將高強、高強中模、高模型碳纖維等列為關鍵戰(zhàn)略材料，為碳纖維生產技術的提升和產業(yè)化的推進提供了必要保障；國家發(fā)改委、科技部、工信部、財政部等四部委于2020年發(fā)布《關于擴大戰(zhàn)略性新興產業(yè)投資培育壯大新增長點增長極的指導意見》，提出聚焦重點產業(yè)投資領域，圍繞保障大飛機等重點領域產業(yè)鏈供應鏈穩(wěn)定，加快在高性能纖維材料等領域實現(xiàn)突破，為碳纖維等戰(zhàn)略性新興產業(yè)高質量發(fā)展、發(fā)揮重要引擎作用提供了政策支持；在《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中，提出要加強碳纖維等高性能纖維及其復合材料的研發(fā)應用，為未來碳纖維行業(yè)的技術進步提供了良好的政策環(huán)境；2022年工信部和國家發(fā)改委發(fā)布《關于化纖工業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》，提出要提高碳纖維等高性能纖維的生產應用水平，進一步擴大了碳纖維在航空航天、風力和光伏發(fā)電、海洋工程、環(huán)境保護、安全防護、土工建筑、交通運輸?shù)榷鄠�領域的應用。

　　需求驅動：新能源等領域發(fā)展，推動碳纖維市場需求爆發(fā)

　　在“雙碳”政策下，我國風電、光伏、氫能、新能源汽車等行業(yè)高速發(fā)展，帶動風電葉片、碳碳復材、壓力容器、汽車等領域的碳纖維需求快速提升。同時，碳纖維作為軍民兩用戰(zhàn)略物資，在航空航天、體育休閑、建筑等領域的需求也在持續(xù)增長。根據(jù)賽奧碳纖維《全球碳纖維復合材料市場報告》，2022年國內碳纖維需求量約7.44萬噸，同比增長19.3%，近五年的需求量年復合增長率達25.9%，高于全球平均水平。2022年國內碳纖維需求量占全球比重約為55.1%，中國已成為全球第一大碳纖維消費市場。市場需求的高速增長，推動碳纖維行業(yè)進入快速發(fā)展階段。

　　2、發(fā)展現(xiàn)狀

　　產業(yè)鏈分析：碳纖維產業(yè)鏈較長，中游是核心環(huán)節(jié)

　　碳纖維產業(yè)鏈較長，完整覆蓋從原油原料到終端應用的完整制造過程。從制備流程來看，上游企業(yè)首先從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制得丙烯，經過氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈經聚合和紡絲生產原絲，再通過預氧化、低溫/高溫碳化等工藝步驟得到碳纖維。隨后，碳纖維可再次被制成碳纖維織物、碳纖維預浸料、碳纖維復材制件等。碳纖維主要應用在風電、體育休閑、航空航天等領域。從全產業(yè)鏈來看，產業(yè)鏈中游是核心環(huán)節(jié)，技術、資金、設備等門檻較高。

　　上游：聚丙烯腈基已成為碳纖維市場主流

　　碳纖維上游屬于石油化工行業(yè)，先從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中制得丙烯，并經氨氧化后得到丙烯腈，丙烯腈經聚合和紡絲之后得到聚丙烯腈(PAN)原絲。碳纖維按照原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基、粘膠基等。其中，PAN基碳纖維因生產工藝簡單，原料來源豐富及優(yōu)越的拉伸強度迅速占據(jù)市場，目前其全球占有率已經超過90%，成為碳纖維市場主流。粘膠基和瀝青基碳纖維用途較單一，產量較為有限；粘膠基碳纖維由于生產率較低、力學性能較弱，應用有限，已經基本停產，有可能完全退出碳纖維市場。

　　中游：產業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，技術壁壘較高

　　原絲是生產高品質碳纖維的關鍵，其成本約占碳纖維生產成本的51%。一般來說，業(yè)界認為碳纖維90%的性能取決于原絲，碳纖維的強度顯著依賴于原絲的微觀形態(tài)結構及其致密性，原絲品質不佳（如表面孔洞、沉積、刮傷以及單絲間黏結等）在后續(xù)加工中很難消除，因此擁有高品質原絲的生產技術對生產廠家來說尤為重要。目前，碳纖維生產企業(yè)多通過布局碳纖維原絲生產來降低其原材料成本，因而均具備碳纖維原絲的生產能力。但是，絕大多數(shù)碳纖維及其復合材料生產企業(yè)所生產的碳纖維原絲僅為自產自用，鮮有對外銷售。

　　從絲束規(guī)格來看，小絲束碳纖維力學性能優(yōu)異，但成本較高，多應用于國防軍工和航空航天領域。相比之下，大絲束碳纖維的性能雖然不及小絲束碳纖維優(yōu)異，但是其在價格方面更具性價比，多應用于工業(yè)領域。大絲束碳纖維的生產技術難度較高，主要體現(xiàn)在原絲、預浸料和碳化等多個環(huán)節(jié)的均勻性和毛絲控制等方面。過去，大絲束碳纖維的生產技術主要掌握在美國、德國、日本的幾家大公司手中。現(xiàn)在，國內的大絲束碳纖維生產企業(yè)正在力求成長與突破，不斷縮小與外企的差距。例如，上海石化已經建立起萬噸級大絲束碳纖維國產線；吉林化纖的48K大絲束在相同工藝條件下，能夠大幅度提升碳纖維單線生產能力。由此可見，國產大絲束碳纖維有望逐步迎來大規(guī)模應用。

　　下游：碳纖維應用領域多點開花，具有本國特色

　　目前，碳纖維已經應用于風電葉片、體育休閑、航空航天、壓力容器、碳碳復材、交通建設、海洋等領域，是國防軍工和國民經濟發(fā)展不可或缺的重要戰(zhàn)略物資。從市場結構來看，與全球相比，我國碳纖維的應用分布具有本國特色。在全球范圍內，風電葉片仍然占據(jù)絕對主流，2022年全球碳纖維應用需求量占比前三的領域分別為風電葉片（26%）、體育休閑（18%）、航空航天（15%）。而在我國，體育休閑領域的碳纖維應用占比高于全球，是我國碳纖維需求的壓艙石。同時，航空航天的碳纖維應用需求占比僅為10%，低于全球的15%。其主要原因是，國內碳纖維生產技術仍在成長中，無法批量供應T800強度以上的小絲束碳纖維。未來，隨著我國碳纖維在航空航天等高端領域的拓展，碳纖維需求結構將向高端化邁進。

　　市場空間：碳纖維行業(yè)市場規(guī)模持續(xù)增長，市場集中度較高

　　近年來，在政策支持、技術進步以及廣泛應用等因素的推動下，中國碳纖維行業(yè)取得快速發(fā)展，市場規(guī)模始終保持增長態(tài)勢，從2017年的38.1億元增長至2022年的128.1億元，年均復合增長率達27.4%。預計2023年中國碳纖維行業(yè)市場規(guī)模將達153.7億元，發(fā)展前景廣闊。從競爭格局來看，我國碳纖維行業(yè)的市場集中度較高，產能主要集中于頭部企業(yè)，CR5超過75%（產能角度），主要玩家包括中復神鷹、中簡科技、江蘇恒神、光威復材等。

　　3、發(fā)展趨勢

　　制備技術創(chuàng)新將帶來碳纖維性能提升

　　近年來，碳纖維的制備技術在不斷進行創(chuàng)新與升級，由此帶來碳纖維產品性能的不斷提升，并誕生了更多種類的復合型碳纖維材料。例如，納米級碳纖維應運而生，與傳統(tǒng)的碳纖維相比，其具有更高的強度、更好的導電性和導熱性，多種優(yōu)越性能使其在航空航天、防輻射材料、耐高溫耐化學材料領域備受青睞。此外，碳纖維改性作為一種重要工藝，能夠針對客戶需求提供更有效的改性復合材料，在實現(xiàn)高強度、高耐磨、輕質、功能化等方面與實際需求更具適配性。另外，碳纖維材料結構的設計創(chuàng)新也是未來的發(fā)展方向，通過設計多層次結構的碳纖維材料，可以實現(xiàn)更加復雜的性能要求，從而提升材料的應用深度和廣度。

　　未來碳纖維應用領域將不斷擴展

　　因性能優(yōu)異，碳纖維起初應用于航空航天等高端領域，成為國防工業(yè)發(fā)展的關鍵材料之一。隨后，受益于技術進步和成本降低，碳纖維開始逐漸應用于民用領域，且應用比例不斷擴大，在航空航天、風力發(fā)電、氫能光伏、建筑工程、軌道交通、體育休閑等領域均得以廣泛應用。未來，隨著制備技術創(chuàng)新和性能提升，碳纖維的應用領域將會更加廣泛，有望成為更多領域中的重要材料。例如，在醫(yī)療領域，碳纖維可用于制造成像設備、手術器械、假肢、輪椅、醫(yī)療植入物、細胞再生基質等。此外，碳纖維可應用于3D打印等新興領域，采用碳纖維材料與其他材料進行復合，提升材料性能，從而進一步突破3D打印的材料限制。

　　文章來源：36氪