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1、2022年碳纤维产业市场规模及开展趋势分析.碳纤维市场应用广泛，下游场景不断取得突破1、碳纤维属于高性能基础材料，具备广阔的可应用场景 碳纤维是由聚丙烯睛、沥青或粘胶等有机纤维在高温环 境下裂解碳化形成的含碳量高于90%的碳主链结构无机纤维; 其中，聚丙烯睛(PAN )基碳纤维由于生产工艺相对简单， 占碳纤维总量90%以上，占据主导地位。而完整的碳纤维产 业链包含从一次能源到终端应用的完整制造过程；从石油、 煤炭、天然气均可以得到丙烯；丙烯经氨氧化后得到丙烯膈， 丙烯睛聚合和纺丝之后得到聚丙烯盾(PAN)原丝，再经过 预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维，并进一步制成碳纤 维织物和碳纤维预浸料，
2、作为生产碳纤维复合材料的原材料； 碳纤维经与树脂、陶瓷等材料结合，形成碳纤维复合材料， 最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。碳纤维外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于 其石墨微晶结构及密度小，因此比强度和比模量高，是目前 已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量 的纤维；碳纤维因其具备出色的力学性能和化学稳定性，具 有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、以目前全球碳纤维产业布局来看，虽然全球市场依旧被 以日本东丽、美国赫氏、德国西格里、日本三菱、日本东邦 等传统碳纤维巨头所主导，但我国碳纤维产能已经占到全球约 21%的份额，我国碳纤维企业正展现出强大
3、的挑战实力。国产碳纤维理论产能-吨2演出2sg 清修2*图9： 2005-2020年我国碳纤维理论产能巩亲管是2、国外收紧对我国碳纤维出口为我国加速进口替代创造 良机1949年11月，以美国为首的17个兴旺国家成立了“巴黎 统筹委员会”，限制成员国向社会主义国家出口战略物资和高 技术，列入禁运清单的有上万种产品。1994年，“巴黎统筹委 员会”宣告解散，但它所制订的禁运物品列表被后来的瓦森 纳协定所继承，其中包含两份控制清单；一份是军民两用 商品和技术清单，涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计 算机、电信与信息平安、传感与激光、导航与航空电子仪器、 船舶与海事设备、推进系统等9大类；另一份是
4、军品清单， 涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。回顾我国 碳纤维开展历程，我国曾屡次试图引进国外先进技术，但均 告失败；截至目前，航空航天用高等级碳纤维、及国外碳纤维 先进设备和核心技术，依旧被禁运。1984年，冶金部支持上海碳素厂试图引进美国Hitco碳 化设备，最终被美国国防部否决。1986年，吉林化学工业公司为引进碳化设备进行调研、 询价，世界各知名碳纤维公司均囿于“巴黎统筹条约”限制， 不转让技术、不出售设备，只有英国RK公司同意出售大丝 束预氧化炉和碳化炉；而1990年经屡次试车，预氧化炉运行 尚可，碳化炉始终开不起来。1986年，联合国开发计划署和联合国工发组织批准在北
5、京设置碳纤维及其复合材料的开发应用工程，由北京化工学 院和北京航空材料研究所共同承当；北京化工学院经调研， 同样是除英国RK公司外没有厂家愿意出售技术和设备，最后 由北京化工学院提供工艺参数，委托英国RK公司加工制造 了一套10吨级（12K）预氧化、碳化中试线，工程历经磨难, 几次因“可能应用于军事而险些遭到封杀；工程拖了 7年， 1993年6月才勉强“验收”，实际上并未能正常运行。而2020年下半年以来，全球贸易争端更为激烈，在此前 的瓦森纳协定协定基础上，日本、美国加强了对碳纤维 出口中国的政策管控，导致国内碳纤维境外供应难度进一步加 大。图10： 200-2020年我国碳纤维产量，201
6、6年之后出现快速增长国产碳纤维产量-吨国产碳纤维产量-吨2於生潸传四谬么元管是2020年12月22日，因日本东丽子公司出口碳纤维流入 了未获日本外汇及外国贸易法许可的我国企业，日本经 济产业省对该公司实施了行政指导警告，要求东丽子公司防 止再次发生此类事件，并彻底做好出口管理。2021年2月24日，美国总统拜登签署了行政命令，在联邦机构间展开为期100天的审查，以解决四个关键产品供应 链中的漏洞，其中包括碳纤维，主要目标是增强供应链的弹 性，以保护美国免于未来面临关键产品短缺。在此背景下，为了弥补进口收紧带来的我国碳纤维市场 缺口需求，国产碳纤维供应商均转为卖方市场，并获得了加 速进口替代的良
7、机。首先，以2020年来看，我国国产化率较 2019年跃升超过6个百分点，而比拟此前2015-2019年间我 国国产化率年提升幅度约在3%左右，2020年我国碳纤维市场 国产化推进速度出现了倍增；其次，假设统计2016年至2020 年我国碳纤维应用总量增速变化和期间进口碳纤维数量变化, 从2018年开始，年度看我国碳纤维进口数量增长就已经远远 不及我国碳纤维应用总量增长。耐高温、膨胀系数小等特点，被誉为21世纪新材料之王，应 用领域广泛。按用途分类，碳纤维通常可分为宇航级和工业级两类， 亦称为小丝束（24K及以下）和大丝束（48K及以上）；其 中，宇航级碳纤维（小丝束）主要应用于国防工业、高技
8、术、 以及体育休闲用品，如飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、 高尔夫球杆、网球拍等；工业级碳纤维（大丝束）主要应用 于民用市场，包括纺织、医药卫生、机电、土木建筑、交通运 输和能源等多数国民经济行业。图4：全球碳纤维需求（千吨）2、碳纤维新应用场景不断被开掘，行业上限持续被突破碳纤维的起源最早或可追溯至19世纪80年代，当时被 称作碳丝，它是由英国人在制作电灯灯丝时创造的；但当时 由于鸨丝制作灯泡灯丝本钱更低廉，碳丝没有得到进一步开展。 而20世纪50年代之后，伴随着碳纤维正式被命名，碳纤维行 业的开展开始起步；尤其是在20世纪70年代后，在下游应用 需求萌发和行业内主要参与者的共同推手之下，碳
9、纤维产业发 展日新月异，几乎每隔几年就有重大应用领域取得突破；航 空、钓竿、球杆球拍、飞机、赛车、自行车、土木修复、热 场材料、储氢瓶、风电叶片、汽车轻量化等新应用场景陆续被 开掘并推广，碳纤维行业需求上限也因此持续被突破。1 .碳纤维制造工艺日渐成熟，本钱下降助力应用渗透碳纤维材料的高性能早已经获得了下游市场的充分认可, 科研和工业市场关注热度持续不减，在众多下游领域也陆续 取得应用突破；但从20世纪50年代碳纤维面世以来，碳纤维 需求增长多数都处于小步慢跑的状态，直至2019年，全球碳 纤维市场需求量才首次到达10万吨。假设将全球碳纤维市场需求变化分为两段来看；1）从 1971年日本东丽首
10、次量产碳纤维以来直至2000年代，碳纤维 市场一直处于应用场景虽然多点突破、但整体需求并未起量的 开展阶段；以全球碳纤维巨头日本东丽来看、期间碳纤维业 务持续亏损，而根据2019全球碳纤维复合材料市场报告 数据直至2008年、经过约40年开展、全球碳纤维市场需求量 才只有3.6万吨；2）而2000年中期之后，尤其是2015年之 后，全球碳纤维需求增长明显提速；2014-2015年全球碳纤维市场需求增长至约5万吨，而2019年全球碳纤维需求量开始 站上10万吨、5年增长5万吨。我们推测，2015年之后全球碳纤维市场需求增长加速， 固然与碳纤维材料在风电叶片、热场等应用场景突破有关， 但可能还有一
11、个重要原因那么是碳纤维制造工艺日益成熟及因此 带来的碳纤维制造本钱的明显下降，碳纤维材料在市场更为 广阔的民用领域批量应用成为可能。假设仅以海关总署公布 的进口碳纤维平均价格变化来看，2011-2012年进口碳纤维平 均单价最高为3.5万美元/吨，而截止到2020年进口碳纤维平 均单价持续下滑、最低至约1.5万美元/吨，期间碳纤维单价 降幅超过50%。进口碳纤维单价（美元/吨）图5：我国进口碳纤维平均单价（进口金额/进口数量，按月统计）50,000.0045,000.0040,000.0035,000.0030,000.0025,000.0020,000.0015,000.0010,000.0
12、05,000.000.00校科秤秤其中，原丝生产工艺的进步和大丝束的应用推广可能是 推动碳纤维本钱下降的主要推手，并预计在未来通过工艺持 续改进及生产规模扩大等举措将继续推动碳纤维制造本钱逐渐 下行。1、本钱更优的干喷湿纺原丝工艺被更多制造商掌握根据中科院宁波材料所的研究，碳纤维本钱构成中，原 丝本钱占51%、预氧化处理本钱占据16%、碳化/石墨化占据 23%、外表处理占4%、卷绕成型占6%；因此，原丝本钱下降 是推动碳纤维制造本钱下降的重要一环。原丝生产工艺可以分为聚合、纺丝等工序，其中，通过 提高每分钟纺丝效率可以显著降低原丝本钱。目前原丝生产 按照纺丝工艺主要有干法纺丝、湿法纺丝和干喷湿
13、纺三种方式, 但因干法纺丝生产的纤维中有少量溶剂残留且不容易洗净， 目前主流的生产工艺是湿法纺丝和干喷湿纺两种。根据论文 研究，比拟来看，干喷湿纺在每分钟纺丝数量及聚合液固含量 等指标上都处于领先；而随着以中复神鹰、光威复材、中简 科技、恒神股份等为代表的国内碳纤维企业在继日本东丽、 美国赫氏之后陆续突破干喷湿纺工艺，碳纤维干喷湿纺生产工 艺应用得到拓展，助力碳纤维材料制造本钱下行。2、低本钱大丝束的应用获得明显增长根据根数可以将碳纤维分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤 维，将大丝束碳纤维和小丝束碳纤维的性能处于相当的状态 下进行比照，可以发现大丝束碳纤维的价格更加廉价。根据彭 公秋等在论文国产聚丙
14、烯睛基大丝束碳纤维开展现状与分析中的研究，相比小丝束碳纤维，大丝束碳纤维仅为小丝 束碳纤维的20%左右。在不断推动碳纤维低本钱化的开展路径之下，大丝束由 于其显著的本钱优势，也成为全球碳纤维产业的重要开展方 向之一。海外碳纤维厂商纷纷通过并购等方式加快大丝束产品 布局，而国内碳纤维厂商那么通过加紧研发以寻求在大丝素生 产工艺取得突破。海外厂商来看，日本东丽2013年收购大丝束碳纤维生产 企业美国卓尔泰克，比利时索尔维公司2015年收购美国第二 大小丝束PAN基碳纤维生产商氟特Cytec. 2017年收购德国 50k碳纤维原丝生产商ECF公司，日本三菱公司收购美国碳 纤维技术公司等。图7：大丝束
15、碳纤维全球需求量及需求占比变化国内厂商来看，上海石化2016年5月开展碳纤维48K大 丝束原丝工业化研究试验；吉林化纤2017年7月在24K碳纤维原丝研发经验基础上开始研究48K大丝束碳纤维原丝；精 功集团与吉林化纤共同出资成立吉林精功以建设1.2万吨/年 大丝束碳纤维工程；天久科技2018年8月建成了 500吨低成 本大丝束碳纤维生产线；兰州纤维、新疆碳谷、常州新创碳 谷等均有大丝束工程投建。根据中科院宁波材料所旗下碳纤维及其复合材料技术公 众号援引的数据，2014年全球PAN基碳纤维产能约为12.8 万吨，其中大丝束碳纤维约占28%。而根据中国复合材料学 会统计数据，至2017-2020年
16、，全球大丝束碳纤维需求量占 比分别为51.5%、39.6%、50.2%和52.5%,或可以推测, 2014年之后，在海内外碳纤维厂商加速布局大丝束背景下， 全球低本钱大丝束的应用明显增长。2 .技术进步及进口管制，国产碳纤维进口替代提速对于国内碳纤维制造商，除了碳纤维下游应用场景不断 突破和渗透带来的广阔增量市场之外，因技术进步及进口管 制带来的国内碳纤维市场国产化率逐渐提升也有望带来可观的 替代市场需求。过去十余年来看，我国碳纤维国产化率呈现 稳步上升趋势，并于2020年在海外国家纷纷开启进口管制的 政策扰动之下，国产化率进一步抬升至约38%；截至2020年, 我国尚有62%的碳纤维产品需求
17、依赖于进口产品。1、技术及产业化进步推动国产碳纤维质增量升2000年以来，国家加大对于碳纤维领域自主创新的支持 力度，将碳纤维列为重点研发工程。伴随着国家政策的大力 扶持及国内碳纤维行业企业的通力合作，国产碳纤维在技术上 频频取得重 大突破，产品质量上逐渐缩短与海外公司的差距。吉林碳谷：在原奇峰化纤揩纶制备基础上创造性创造了DMAC为溶剂的湿法两步法原丝生产技术与工艺，2008年研 发的产品碳化后就可到达T300标准，2016年、2017年逐步 实现了 12K/S的产业化稳定生产、碳化后可局部到达T700的 水平。图8：我国碳纤维国产化率逐渐走高60,000.0050,000.0040,000
18、.0030,000.0020,000.0010,000.000.00我国碳纤维应用总量吨国产碳纤维占比右轴2希2。酒2g驿2副田2。酒2g龌2金游叱豆元管是中复神鹰：2013年，在国内率先建成了千吨级干喷湿纺 高性能碳纤维生产线；目前公司主力的T700级、T800级碳 纤维产品主要力学性能与国际同类产品相当。兰州蓝星纤维：2020年，公司千吨级NaSCN法50K大丝束碳纤维产业化关键技术及装备研究通过技术成果鉴定,填补了国内50K碳纤维产品的市场空白。产品性能符合国标 GQ3522水平，可以满足碳纤维预浸料的制备要求。中科院宁波材料所：2020年，成功研制出QM65（M65J 级）高强高模碳纤
19、维，纤维拉伸强度和拉伸模量分别高达 3857Mpa、639GPao江苏恒神：2021年，公司产品通过国际权威认证机构 DNVGL颁发的24K碳纤维、碳纤维织物和碳纤维拉挤板的 TYPE APPROVAL 证书以及 SHOP APPROVAL 证书，为公 司加快开拓国内外风电领域业务奠定了坚实基础。光威复材：自主研发的碳纤维复合材料已经在AR-500C 高原无人直升机上生产使用。同时，在产业化方面，我国碳纤维企业产能和产量也取 得持续进步。根据中国化学纤维工业协会整理数据显示， 2005-2019年，我国大陆碳纤维理论产能和产量均保持着持续 增长态势；其中，2005年我国碳纤维理论产能和产量分别仅 为300吨和10吨，2010年我国碳纤维理论产能和产量就增长 至6445吨和1500吨，而至2016年我国碳纤维理论产能和产 量就增长至20100吨和4000吨；2019年虽然我国碳纤维理论 产能未明显增长、但产量已经上升至1.2万吨，并在2020年 我国碳纤维产量到达1.8万吨。