2017年中国碳纤维行业发展趋势及市场空间预测【图】

    碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量、密度低、无蠕变、良好的导电导热性能、非氧化环境下耐超高温、耐疲劳性好等特性，不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，被称为21世纪的“黑色黄金”。碳纤维及其复合材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用，涉及航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品。 目前，工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。由粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大，设备复杂，成本较高，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较其他方法简单，而且产品的力学性能优良，用途广泛，因而自20世纪60年代问世以来，取得了长足的发展，其产量约占全球碳纤维总量的90%以上，成为当今碳纤维工业生产的主流。

    相关报告：智研咨询发布的《2017-2022年中国碳纤维行业发展趋势及投资战略研究报告》

    碳纤维按性能可分为通用型、高强型、中模高强型、高模型和超高模型碳纤维。日本东丽公司由于其碳纤维领域的主导地位，其产品代号成为业界通用指标，一般分为高强“T”系列和高模“M”系列，例如 T300、 T400、 T700、 T800、 T1000、 T1100以及M30、M40、M50、M60等，数字越大对应的性能等级越高。

    碳纤维根据丝束大小主要分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维，目前认为单束超过24K（K指每束碳纤维含1,000根单丝）的碳纤维为大丝束，反之为小丝束。小丝束碳纤维性能优异，用于航空航天领域，又被称为“宇航级”碳纤维，而大丝束碳纤维被称为“工业级”碳纤维，性能相对较差，但生产成本较低。全球小丝束碳纤维主要被日本控制，集中在东丽、东邦和三菱公司，大丝束碳纤维以欧美企业为代表，主要生产厂商有美国卓尔泰克（Zoltek）和德国西格里（SGL），2014年日本东丽完成了对美国卓尔泰克的收购，行业领先优势更进一步。

    PAN基碳纤维制备涉及非常复杂的系统工程，主要包括原液聚合、原丝制备、原丝预氧化和碳化四个阶段。每个阶段涉及多个工艺参数，并伴有物理化学变化和结构转变，涉及高分子化学和物理以及材料科学、高温冶炼等多个学科，可谓牵一发而动全身。

PAN基碳纤维生产工艺流程

    碳纤维复合材料得以在航空航天工业中大规模应用，不仅因为它能够实现减轻飞行器重量、节约能源、增强巡航能力的目标，还要归功于它拥有较高的比强度和耐腐蚀、抗疲劳等理化特性。

    一、中国碳纤维市场需求预测及产能分析

    2014年全球碳纤维需求量约5.4万吨，2015年达7.4万吨，未来随着碳纤维复合材料成型技术的不断发展，下游应用领域的不断开拓，尤其是航空、汽车、风电叶片的强劲增长以及其带动作用，未来碳纤维需求量年均增长率将超过10%。2020年将超过13万吨。国内2015年碳纤维需求量为1.7万吨，预计2020年将达到3万吨左右，复合年增长率约11%。

全球碳纤维需求（千吨）

中国碳纤维需求（吨）

    技术落后，全行业普遍亏损。我国碳纤维研发始于上世纪60年代，几乎和日美等过同时起步，但由于种种原因，相关研发项目被叫停。而日美等国对核心技术的垄断与封锁，使我国碳纤维生产技术和装备水平整体落后于国外，无法满足国家重大装备等高端领域的需求。产业化生产工艺不成熟是导致目前碳纤维产品质量不稳定的主要原因。国外碳纤维产业发展呈现向高模、高强技术和低成本、大规模生产发展的趋势。国内碳纤维普遍存在单线生产能力小、能耗高、生产效率、自动化程度低等问题。能耗和辅助材料消耗大，生产成本高，限制了产业发展。 近几年，国内资本盲目涌入碳纤维领域，忽视碳纤维产业发展规律，低水平重复建设导致产业集中度较低的格局，具体表现为低水平、同质化现象严重；企业单条生产线规模小，大部分企业仅有百吨级生产能力；技术装备以及下游产品开发应用等方面与国外先进水平存在明显差距等。2015年国内碳纤维理论产能约2.4万吨，然而产能利用率不足20%。一方面国内大部分生产企业单线产能仅为百吨级，无法形成规模效应，成本居高不下，国内仅有中复神鹰、恒神股份等少数企业具有千吨级生产线，相比而言，国际最大的单线能力为2700吨/年，平均单线产能也达到1800吨，一般认为千吨级生产线相比百吨级生产成本降低30%左右。另一方面，碳纤维价格长期受到打压，例如国产T300碳纤维实现规模化生产后，国外将T300价格下降到12万/吨，我国部分企业可生产T700后，国外T700价格下降到不到20万/吨，低于国内制造成本，使得国内碳纤维企业长期处于亏损状态。

2015中国碳纤维理论产能-前十制造商（吨）

2015大中华区碳纤维需求-应用（吨）

    应用领域集中于低端体育休闲市场，高端应用能力欠缺，大量依赖进口。由于我国碳纤维性能较差，成本居高不下等问题，使得碳纤维应用市场主要集中于体育休闲等低附加值领域。2015年我国碳纤维需求量1.7万吨，其中近60%应用于体育休闲，汽车、航空航天等高端应用领域基本处于空白状态。同时国内自主提供的碳纤维仅3000多吨，80%以上依赖进口。

国内碳纤维与东丽对比

    目前，国内T300级碳纤维性能达到国际水平，已进入产业化阶段，主要应用于低端体育休闲等领域；T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入应用考核阶段，低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产；中复神鹰国内首条千吨级T800原丝生产线于今年上半年投产，但国内碳纤维生产技术与国外相比仍存在较大差距。 2015年国内碳纤维需求量达到1.7万吨，而目前国内自主提供仅3000多吨，80%以上需要以来进口，存在巨大的进口替代空间。 其次，碳纤维是军民两用新材料，属于技术密集型和政治敏感的关键材料。以前，以美国为首的巴黎统筹委员会（COCOM），对当时的社会主义国家实行禁运封锁政策，1994年3月，COCOM 虽然已解散，但禁运封锁的阴影仍笼罩在上空，先进的碳纤维技术仍无法引进，特别是高性能PAN 基原丝技术，即使我国进入WTO，形势也未发生大的变化。T700级以上碳纤维由于在军事战机等军工领域具有重要应用，国外对国内采取严格的军事禁运管理。因此高性能碳纤维的国产自主化生产是唯一途径。

    此前，由于国内碳纤维技术发展缓慢，国内碳纤维企业的主要精力集中于T700、T800等高性能碳纤维的技术突破和稳定化生产的研究。而纵观碳纤维全产业链，随着产品向下游开发，尤其是应用于航空航天等高精尖领域，碳纤维复合材料的价格大幅提升，从碳纤维到复合材料制品具有几十倍的增值空间。碳纤维原丝的售价约40元/公斤，碳纤维约200元/公斤，预浸料约600元/公斤。制作成复合材料后，民用复合材料售价约1,000元/公斤，汽车复合材料约3,000元/公斤，航空复合材料约8,000元/公斤。据统计全球树脂基碳纤维复合材料的销售收入已达到139亿美元。

碳纤维产业链产品价格

    目前随着国内高性能T700级碳纤维实现规模化生产，已经具备向下游高附加值领域应用延伸的基础。康得新、恒神股份等企业纷纷布局碳纤维全产业链，未来发展方向逐渐向下游应用端倾斜。10月12日，全国最大的大丝束碳纤维项目在吉林化纤集团开工,由吉林化纤集团、浙江精功集团和绍兴众富控股共同出资组建合资公司推进项目建设,项目规划总投资18亿元,规划产能1.2万吨/年大丝束碳纤维生产,此次项目一期规划2000吨/年大丝束碳纤维产能,计划将于2017年10月1日建成投产。此项目填补了国内大丝束碳纤维空白，有利于降低碳纤维生产成本，加快碳纤维在工业领域的应用步伐。

    二、中国碳纤维细分领域市场需求预测

    民用航空工业中，碳纤维复合材料自20世纪70年代首次被应用在飞机上的一些二级结构，如整流罩、控制仪表盘和机舱门；近三十年来，随着高性能碳纤维和预浸料-热压罐整体成型工艺的成熟，碳纤维复合材料的使用逐步进入到机翼、机身等受力大、尺寸大的主承力结构中。例如，目前世界最大的客机——空客A380机身重量的22%为碳纤维复合材料，并将其成功应用于机翼与机身主体结构连接处中央翼盒，仅此一项就比铝合金材料减重1.5吨，燃油经济性优于竞争机型约13%，大大降低了运营成本；波音公司的B787“梦想飞机”，复合材料应用率达到50%，是第一个同时采用高性能碳纤维复合材料机翼和机身的大型商用客机；我国国产大型客机中国商飞C919的机尾和侧翼也采用了碳纤维复合材料，占整机质量的12%，该型号客机目前订单数量已超过400架。

    2015年航空航天领域对碳纤维的需求量达到1.60万吨，其中仅商用飞机的需求即占68%的比例，是目前航空工业中对碳纤维需求最大的市场。结合全球碳纤维发展情况和航空航天领域对碳纤维的需求情况，2020年需求量可能达到2.7万吨。军用飞机和商用飞机的需求在2011年为7,010吨，到2015年增长至13,090吨，年均复合增长率为16.9%，预计到2020年需求量将增至19,600吨，年均复合增长率为8.4%。

2015年航空航天碳纤维需求分布

航空航天碳纤维需求趋势（吨）

    2015年全球汽车总销量为8,910万辆，相比2014年的8,717万辆增幅为2.2%，预计2020年产能将达到1亿辆。2015年全球碳纤维汽车市场需求量达到了8700多吨，预计到2020年将超过2万吨，未来五年年均增速高达 21%，将成为增长最快和需求最大的领域之一。随着碳纤维生产技术和工艺的进步，其生产成本将会进一步降低，使其在汽车工业的大规模量产成为可能。

汽车领域碳纤维需求趋势（吨）

    政府制定严格的车辆燃料经济性标准和二氧化碳排放法规是新能源汽车选择碳纤维复合材料的重要推手。日本已经提出了至2020年的轻型汽车燃料经济性标准，预计到2020年，乘用车平均燃料经济性水平达到20.3 km/L，与2009年的16.3 km/L相比，燃料消耗量下降约20.3%。欧盟于2009年通过强制性的法律手段取代自愿性的CO2减排协议，在欧盟范围内推行汽车燃料消耗量和CO2限值要求和标示制度，要求到2015年和2020年乘用车CO2排放分别达到130g/km和95g/km的目标。美国于2010年4月和2012年8月分别发布了针对2012-2016（第一阶段）和2017-2025（第二阶段）的轻型汽车燃料经济性及温室气体排放规定，要求2025年美国轻型汽车的平均燃料经济性达到54.5mpg。我国2015年CO2排放为155 g/km，2020年需降至112 g/km；2015年平均油耗为 6.9 L/(100 km)，2020 年需减至 5.0 L/(100 km)。

主要国家和地区燃料消耗量标准目标对比

    风力发电是世界可再生能源增长最快的领域，风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场，特别是制造超大型风电机组所需叶片（2.5MW风电机组叶片长度达到40m，5MW的风电机组的叶片长度在60m以上），必须使用轻而强、刚而硬的高性能碳纤维复合材料，保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。风电机组的大型化和海上化都将极大地拉动对碳纤维叶片的需求增长。

    在国外，主要叶片制造厂家，如VESTAS，GEMESA-SIEMENS，NORTEX，GE和LX，已采用碳纤维材料制造叶片，例如丹麦LM公司61.5m长的5MW风机叶片中，在横梁和翼缘等要求较高的部位使用碳纤维作为增强材料，单片叶片质量17.7 t；Vestas在为V90型3.0MW风机配套的44m系列叶片主梁上野使用了碳纤维，叶片自重只有6t，与V80型2MW,39m叶片自重一样。海上化的风力发电在要求叶片长度增加的同时，还要求叶片具有良好的抗腐蚀性与抗疲劳性，这些都是碳纤维叶片的独特优势。由此观之，高速扩张的大型风机市场将为碳纤维风力叶片的发展提供广阔的增长空间。

    2015年年底，全球风电装机容量达到432.42GW，累计年增长率为17%。2015年碳纤维在风能上的应用为17000吨，预计2020年达到30000，年均复合增长率为8.1%。中国累计装机容量为145.1GW超过欧盟地区的141.6GW的装机总量。新增安装风电基组16740台，新增装机容量为30.75GW，同比增长32.6%，呈现高速增长的态势。2015年风电叶片市场碳纤维需求量约1.8万吨，预计2020年将达到3.1万吨。

风电叶片市场需求趋势（吨）

    采用碳纤维复合材料缠绕而成的气瓶，有质量轻、承载能力强、抗爆性能好、制造成本低等优点。目前，大多数常用的压力容器为钢制，在力学性能方面有较大局限性；对于高压容器来说，只能靠增加壁厚来提高承载性能。而新型碳纤维复合材料压力容器，采用很薄的金属或非金属内胆，采用比强度较高的碳纤维缠绕而成，在提高压力气瓶承载能力的同时，重量可比同容积的金属气瓶减轻50%。在安全性能上，由多层纤维缠绕而成的压力气瓶即使在内胆出现泄露的情况下，纤维层仍可保证气瓶的安全运行，有足够的时间进行应急处理。在制作程序上，相对钢制容器的复杂工艺，碳纤维气瓶制造工艺要简单得多，通常采用专用数控缠绕机在铝内胆外层缠绕碳纤维，精度很高，节约成本。

压力容器市场需求趋势（吨）

    碳纤维缠绕气瓶的应用主要包括车用压缩天然气气瓶、航空航天动力系统用轻量化压力容器和气体运输用高压容器。近年来，市场对压力容器需求量的增长愈发乐观。原因之一是燃料电池的低成本突破，如丰田公司燃料电池车MIRAI的量产，会带来对高压氢气瓶的强劲需求。其二是欧美兴起的页岩气收集产业，页岩气的运输、贮藏都需要安全、稳定、经济的高压气瓶，由此对碳纤维压力容器的需求产生推动作用。尽管目前压力容器的市场不大，但却有着较大的增长空间。

    2015年年底，全球体育休闲市场碳纤维的用量为1.5万吨，约占总需求的15%，预计到2020年将到达1.7万吨，到2024年将超过1.9万吨，年均复合增长率为2.3%，整体来看产业规模较为稳定，市场趋于饱和，暂时不会具有拉动碳纤维产业规模爆发式增长的动力。

体育休闲碳纤维需求分布

    碳纤维在体育休闲市场中，主要使用在高尔夫球杆、曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、自行车架、滑雪板、赛艇等高端休闲体育市场。目前体育休闲占国内碳纤维市场需求67%，远高于全球市场上15%的比例，说明我国在碳纤维应用领域暂时处在水平较低的阶段。预计随着我国航空航天和工业制造的加速发展，体育休闲市场所占的比例将不断下降，市场规模稳步发展。