2019年全球與中國碳纖維行業(yè)發(fā)展格局及應用領域分析[圖]

    隨著碳纖維技術的不斷發(fā) 展，碳纖維應用領域不斷擴大，需求也呈上升趨勢，預 計到 2020 年，全球碳纖維需求總量將達到 112.1 千噸， 年均復合增長率達到 9.83%；預計 2020 年國內(nèi)碳纖維需 求將達到 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)的碳纖維主要應用于體育休閑等領域，國外已經(jīng)成熟運用的航空航天和工業(yè)領域將成 為未來國內(nèi)市場的主要增長來源。

    碳纖維（Carbon Fiber，簡稱CF）是由有機 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構 的無機纖維，是一種含碳量高于90%的無機纖維。碳纖維具有目前其他任何材料無可 比擬的高比強度（強度比密度）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，被譽為“新材料之王”，廣泛應用于國防工業(yè) 以及高性能民用領域，主要包括航空航天、海洋工程、新能源裝備、工程機械、交通 設施等，是一種國家極需、應用前景廣闊的戰(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 80 年代白熾燈的發(fā)明，經(jīng)過約半個世紀的停滯，隨著 20 世紀中期基礎研究的 發(fā)展與化學纖維的出現(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)嘗試將碳纖維應用于自 身產(chǎn)品中，自此碳纖維邁入高速發(fā)展期。20 世紀 70 年代，碳纖維在體育休閑領域大 放異彩；80 年代，碳纖維越來越多地應用于航空航天與汽車領域；到 21 世紀，以 VESTAS 為首的風電生產(chǎn)企業(yè)嘗試將碳纖維應用于風電葉片中。2018 年，全球碳纖維 理論產(chǎn)能已達到 154.8 千噸，并在風電葉片、航空航天、體育休閑等多個領域得到廣泛應用。

    世界碳纖維發(fā)展史梳理

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    二、全球主要應用

    全球碳纖維主要應用于風電葉片、航空航天、體育休閑與汽車等領域。碳纖維 2018 年全球需求量達到 92.6 千噸，總價值達到 25.71 億美元。在細分市場的應用上，風電葉片、航空航天、體育休閑及汽車領域的需求達到 68.1 千噸，占據(jù)碳纖維全球需求總量的 73.5%；而從價值上看，航空航天、體育休閑、風電葉片和汽車領域合計達 到 20.91 億美元，占比進一步提升，達到 81%。

    2018 年 航空航天的碳纖維需求量 21 千噸，占當年總需求量的 23%，稍落后于風電葉片 22 千 噸；但在價值上，航空航天需求高達 12.6 億美元，占當年碳纖維市場總價值的 49%， 約為其他應用領域之和，造成差異的主要原因是航空航天用的碳纖維單價大幅高于 其他民用碳纖維：航空航天領域碳纖維的單價為 6 萬美元/噸，遠高于碳纖維整體單 價 2.78 萬美元/噸。

    2018 年碳纖維需求數(shù)量（千噸）

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    2018 年碳纖維總價值（百萬美元）

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    2008年全球碳纖維需求 量36.4千噸，2018年達到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%的增長率計算，預計2019與2020年全球碳纖維的需求量將分別達 到101.9與112.1千噸。

    2008-2020年全球碳纖維需求量及預測

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    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60年代，最早從事碳纖維研發(fā)的機構主要為中科院山西煤化所、長春應用化學研究所、化學研究所（北京），但由于工藝基礎薄弱、裝備技術落后、西方國家技術封鎖 等原因，聚丙烯腈（PAN）基碳纖維國產(chǎn)化技術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）基碳纖維實現(xiàn)轉型升級， 國家科技部設立了“863”計劃，重點支持國產(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)化及其應用，國產(chǎn)碳纖維進入有序發(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家千噸級碳纖維企業(yè)的理論產(chǎn)能已經(jīng)達到23.3千噸，占比86.94%，具有較高的市場 集中度。

    2018 年碳纖維企業(yè)理論產(chǎn)能

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    自21世紀以來，碳纖維得到政府的 高度重視，國家出臺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《國務院關于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》中明確提出“重點研 制碳纖維及其復合材料、高溫合金、先進半導體材料、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、評價、應用等核心關鍵技術”； 《中國制造2025》中碳纖維被列為關鍵戰(zhàn)略材料之一，并要求到2020年，國產(chǎn)碳纖維復合材料要滿足大飛機技術要求，國產(chǎn)碳纖維用量要達到4000噸以上；到2025年高性能碳纖維基本實現(xiàn)自主保障。在國家的大力推動下，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)應用范圍的擴大，碳纖維行業(yè)未來有望獲得廣闊發(fā)展。

    四、國內(nèi)主要應用

    全球碳纖維主要應用于風電葉片、航空航天、體育休閑和汽車領域，其中數(shù)量占比最大的是風電葉片，2018年達 到22千噸，占當年全球碳纖維需求量的23%；以金額統(tǒng)計，占比最大的是航空航天， 2018年達到12.6億美元，占當年全球碳纖維應用領域的49%。目前國內(nèi)對于碳纖維的 需求主要集中于體育休閑和風電葉片，2018年國內(nèi)碳纖維的總需求量為31千噸，體育 休閑和風電葉片領域對碳纖維的需求量為19.5千噸，占比達到國內(nèi)總需求量的66.2%， 航空航天的占比僅3.2%，假設應用于航空航天領域碳纖維的單價是其他領域的3倍，按金額計算則航空航天領域的碳纖維占比僅9%，遠低于國際水平。未來國產(chǎn)碳纖維將更多應用于航空航天領域，這將極大地促進國內(nèi)碳纖維的發(fā)展。

    國內(nèi)碳纖維主要應用領域占比

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

    2018年中國現(xiàn)役戰(zhàn)斗飛機為3187架，若按60%的比例進行更新?lián)Q代約需更換1912架，以殲20作為新機參考標準，復合材料約為20%，空機的重量為17噸，則全面更新?lián)Q代后需要復合材料6501.5噸。假設全部使用碳纖維復合材料，以每噸6萬美元的均價計算，將帶來3.9億美元的市場。

    各國軍用飛機現(xiàn)役數(shù)量（架）

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    隨著國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長，航空運輸需求旺盛，中央和地方政府不斷加大對民用機場建設的投入，民用機場建設掀起新一輪發(fā)展高潮，極大促進了國內(nèi)民用航空產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展， 客機需求數(shù)量激增。同時，國內(nèi)民用飛機對于碳纖維復合材料的使用占比較低。目前最新的B787和A350，碳纖維復合材料的用量達到了50%以上，而中國的C919飛機復合 材料約為12%。C919已累計有815架訂單，每架空機重量為42噸， 則總計需要4107.6千噸復合材料。假設所需復合材料均為碳纖維復合材料，以每噸6 萬美元的均價計算，則C919飛機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)大型客機商業(yè)化，將為碳纖維在民用航空領域提供了更大的發(fā)展機遇。

    五、碳纖維供需

    智研咨詢發(fā)布的《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告》數(shù)據(jù)顯示：2018年國內(nèi)碳纖維需求達到31千噸，占全球碳纖維需求的33.48%，對比2017年的23.5千噸，增速達到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%的增長率計算，預計到2020年，國內(nèi)碳纖維的需求將達到40.29千噸。

    2008-2019年國內(nèi)碳纖維需求

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    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%。

    國內(nèi)需求中國產(chǎn)碳纖維趨勢

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    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)碳纖維的實際銷量有望大幅增加。

    國內(nèi)碳纖維增長情況

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    國內(nèi)碳纖維需求供應地（噸）

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    國內(nèi)碳纖維需求供應地（千美元）

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    受益于下游需求的增長、國產(chǎn)化率的提高以及國家政策的支持，過去十年間國內(nèi)碳纖維需求量的年化增長率達到14.22%，且近年來始終維持較高的增長率，預計未來仍有望保持10%以上的增長率。從結構來看，目前國內(nèi)碳纖維主要應用于體育休閑與風電葉片，應用于航空航 天領域的較少，預計未來國內(nèi)碳纖維的應用領域將逐漸與國際趨于一致，隨著軍用飛機的更新?lián)Q代以及以C919為代表的國產(chǎn)大型客機的商業(yè)化，碳纖維在航空航天領域占比將逐漸提升。