2022年碳纤维行业发展现状及市场格局分析.docx

2022年碳纤维行业发展现状及市场格局分析1.碳纤维：轻质高强的“黑色黄金”碳纤维是一种含碳量高于90%的无机纤维，是由有机纤维（粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等）在1000℃以上的高温环境下裂解碳化形成的。其有着“轻质高强”的力学性能，比重只有钢材的五分之一左右，但强度可达到钢材的5~7倍，且具备耐高温、耐腐蚀、导电导热性好等优良性质，被称为新材料之王，也被称为“黑色黄金”。碳纤维以其高强、高模、质轻的优异性能，成为发展国防军工与国民经济的重要战略物资。不仅在航空航天等军工领域有不可替代的地位，在风电叶片、体育休闲、压力容器、建筑防护、汽车交通等领域也大放异彩。1.1碳纤维不同维度的分类碳纤维可以按照原丝种类、丝束规格、形态、力学性能等不同维度进行分类。按照原丝类型分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基，其中PAN基由于其力学性能优良，应用领域广泛，是当今碳纤维中的主要产品，产量占全球所有碳纤维总产量的90%以上，因此目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。后续内容中涉及碳纤维若无特殊说明，均指PAN基碳纤维。按丝束规格可以分为24K以下的宇航级小丝束碳纤维(1K的含义为一条碳纤维丝束含1000根单丝）和48K以上的工业级大丝束碳纤维。目前小丝束碳纤维主要由日本和韩国提供。而大丝束碳纤维主要生产国是美国、德国与日本，产量大约是小丝束碳纤维的33%左右，最大支数发展到480K。按形态可分为长丝、短纤维和短切纤维。长丝应用在工业结构件和宇航结构件中，短纤维主要应用在建筑行业，如短碳纤维石墨低频电磁屏蔽混凝土、工业用碳纤维毡等，短切纤维主要与各类基体塑料混合做成改性碳纤维工程塑料，再销售给注塑机厂制造成零部件。按力学性能分为通用型和高性能型，通用型强度为1000MPa、模量为100GPa左右，高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上），强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。1.2中游环节是产业链核心碳纤维生产流程长，工艺、技术和资金壁较高，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。上游主要为化工原材料供应环节，从石油、煤炭、天然气等经过提炼、氨化等一系列流程后得到丙烯腈。中游为产业核心，由聚丙烯腈纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝，再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维；并可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，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各领域需要的最终产品。碳纤维产业链的核心是中游各环节，从原丝到碳纤维复合材料涉及到的工艺流程长，设备及生产线复杂，产品种类广泛，是典型的资本密集型和技术密集型行业。产业链中游涉及到的产品形式主要有碳纤维、碳纤维织物、碳纤维预浸料和碳纤维复合材料制品四大类。1.2.1重要中间产品：碳纤维织物和预浸料聚丙烯腈（PAN）基碳纤维由于生产工艺相对简单，产品力学性能优异，为碳纤维主流，占市场份额的90%以上。聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的生产主要分为两步，第一步是聚丙烯腈通过聚合、纺丝形成碳纤维原丝，第二步是原丝经过整理后，送入氧化炉制得预氧化纤维（俗称预氧丝），预氧丝进入碳化炉制得碳纤维，碳纤维经表面处理、上浆即可得到碳纤维产品。全过程流程长，工序多，技术和生产壁垒非常高。碳纤维织物是碳纤维重要的应用形式。碳纤维织物是通过连续碳纤维的相互交叉、绕结等构成的片状材料，按生产工艺的不同又分为碳纤维机织物、碳纤维针织物、碳纤维毡和碳纤维异型织造织物，国内主要以碳纤维机织物为主。国内供应碳纤维织物的企业主要有光威复材和中简科技。预浸料是原材料和最终复合材料制品之间的一种中间产品。它的制造方法主要是将碳纤维按照一个方向一致排列，并将碳纤维或布料经树脂浸泡使其转化成片状，包括单项预浸料（无纬布）、双向预浸料(带、布)、束丝预浸料，是热压罐、模压、袋压、卷制等工艺中极其重要的中间材料，用于压力容器、航空航天、轨道交通、汽车轮船、体育器材、医疗器械等领域。国内提供预浸料的上市公司主要有光威复材和中航高科。碳纤维复合材料主要是以碳纤维为增强材料，以树脂等作为基体材料，经过复合制成的结构或功能材料。目前碳纤维复合材料以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的90%以上。碳碳复合材料也是碳纤维复合材料家族的重要一员，其以极强的耐温性广泛应用于光伏热场部件和航天部件等领域，近年来随着光伏行业的迅猛发展，带动碳碳复材的需求激增；2021年国内碳碳复材收入约74亿，成为国内第三大应用市场。我国从20世纪60年代开始研发聚丙烯腈基碳纤维。到目前为止，我国已经建立起了自己的碳纤维技术体系和较完整的碳纤维产业，涉及10多家企业和科研院所。产