碳纤维市场深度研究报告(简版)

新材料行业第一门户和研究智库 1 媒体媒体 平台平台 智库智库 前言前言 碳纤维是一种高强度 高模量的高性能纤维材料 碳纤维密度不到钢的 1 4 强度是 钢的 5 7 倍 广泛应用于航空航天 能源装备 交通运输 体育休闲等领域 经过多年的 研发和约十年的产业化建设 我国建立起了自己的碳纤维技术体系和较完整的碳纤维产业 初步形成了产业化的碳纤维研发与生产平台 逐步打破了日 美长期的技术封锁和市场垄 断局面 随着国内碳纤维应用领域的扩大 碳纤维的市场需求急剧增加 碳纤维产业日趋 成熟 一 碳纤维行业概述一 碳纤维行业概述 1 碳纤维行业定义及分类 碳纤维行业定义及分类 1 行业定义 碳纤维是一种高强度 高模量的高性能纤维材料 含碳量 90 以上 碳以外的主要元 素是氮 作为一种性能优异的战略性新材料 碳纤维密度不到钢的 1 4 强度是钢的 5 7 倍 广泛应用于航空航天 能源装备 交通运输 体育休闲等领域 目前市场销售的 90 以上 的碳纤维 是以聚丙烯腈 PAN 纤维为原料制成的聚丙烯腈基碳纤维 图表 碳纤维与常用材料的力学性能对比图表 碳纤维与常用材料的力学性能对比 材料材料 密度密度 g cm3g cm3 拉伸强拉伸强 度度 MPaMPa 比强度比强度 MPa MPa g cg c m7m7 拉伸模拉伸模 量量 GPaGPa 比模量比模量 GPa GPa g cg c m7m7 碳纤维复合材料 1 51548106813593 复合材 料玻璃纤维 聚酯 2124562348 224 结构钢 7 91197152 620626 铝合金 2 8393141 37226 金属 钛合金 4 5712157 5116 725 资料来源 赛瑞研究 新材料行业第一门户和研究智库 2 媒体媒体 平台平台 智库智库 2 行业分类 碳纤维可以按照原丝类型 制造方法 性能等不同维度进行分类 具体分类方式大致 有以下几种 按照原丝类型分类 聚丙烯腈 PAN 基 沥青基 各向同性 中间相 粘胶基 纤维素基 人造丝基 图表 不同原丝碳纤维对比图表 不同原丝碳纤维对比 按照制造条件和方法分类 碳纤维 800 1600 石墨纤维 2000 3000 活性 碳纤维 气相生长碳纤维 按力学性能分类 高强型 GQ 高强中模型 QZ 高模型 GM 高强高模型 QM 碳纤维在应用时多是作为增强材料而利用其优良的力学性能 因此使用中更多的 是按其力学性能分类 按丝束大小分类 碳纤维可划分为小丝束和大丝束 小丝束碳纤维初期以 1K 3K 6K 为主 逐渐发展为 12K 和 24K 主要应用于国防军工等高科技领域 以及体育休闲用品 如飞机 导弹 火箭 卫星和渔具 高尔夫球杆 网球拍等 通常将 48K 以上碳纤维称为大丝束碳纤维 包括 48K 60K 80K 等 主要应用于工业 领域 包括 纺织 医药卫生 机电 土木建筑 交通运输和能源等 新材料行业第一门户和研究智库 3 媒体媒体 平台平台 智库智库 2 碳纤维行业产业链分析 碳纤维行业产业链分析 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 碳纤维产业链上游 主要以石油化工行业为主 通过原油炼制 裂解 氨氧化等工序获得丙烯腈 碳纤维企业 通过对以丙烯腈为主的原材料进行聚合反应生成聚丙烯腈 再以其纺丝获得聚丙烯腈原丝 对原丝进行预氧化 碳化等工艺制得碳纤维 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 碳纤维下游应用领域 广阔 需求持续增长 碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天 体育休闲 汽车 风电等 领域 国内进口替代迫切 图表 碳纤维行业产业链图表 碳纤维行业产业链 资料来源 赛瑞研究整理 3 碳纤维行业管理体制及相关政策法规情况 碳纤维行业管理体制及相关政策法规情况 碳纤维行业系化学纤维制造业 主管部门为工信部原材料工业司 行业自律机构为中 国化纤工业协会 主要负责产业及市场研究 碳纤维作为一种战略性新材料 是国防军工 航空航天领域重要材料 国家必须发展 自有技术 自 2000 年至今 国家密集出台多项产业政策支持碳纤维产业的发展 发改委 科技部 工信部等部门均加大了支持力度 图表 碳纤维行业重点政策汇总图表 碳纤维行业重点政策汇总 部门部门时间时间政策政策主要内容主要内容 新材料行业第一门户和研究智库 4 媒体媒体 平台平台 智库智库 国务院2006 年 国家中长期科学和技 术发展规划纲要 2006 2020 年 在重点领域及其优先主题中提出制造业 应发展 基础原材料产业 重点研究 开发满足国民经济基础产业发展需求的 高性能复合材料 工信部2013 年 加快推进碳纤维行业 发展行动计划 确定了碳纤维发展目标 提出初步建立 碳纤维及其复合材料产业体系 碳纤维 的工业应用市场初具规模 发改委2013 年 战略性新兴产业重点 产品和服务指导目录 其中 6 新材料产业 6 3 高性能复合 材料 6 3 1 高性能纤维及复合材料 中 明确把高性能碳纤维作为战略新兴产业 重点产品 工信部2013 年 9 月 产业关键共性技术发 展指南 2013 提及高性能碳纤维产业核心技术 熔 体静电纺丝产业化关键技术研究 碳纤 维原丝 预氧化丝 碳化等一体化研发 技术 预氧化炉 大型碳化炉等装备关 键技术 千吨级装备稳定运转技术 T700 T800 等品种的开发技术 碳纤维 高强高模系列品种开发技术 千吨级对 位芳纶纤维的产业化技术 高强高模聚 乙烯等纤维品种产业化技术 国务院2015 年 5 月 中国制造 2025 碳纤维被列为关键战略材料 到 2020 年 国产碳纤维复合材料要满足大飞机 技术要求 国产碳纤维用量要达到 4000 吨以上 到 2025 年高性能碳纤维基本 实现自主保障 工信部2015 年 11 月 产业关键共性技术发 展指南 2015 对碳纤维核心技术进一步明确 大型 高效聚合导热体系 高稳定化干喷湿法 纺丝及高倍牵伸工艺 快速均质预氧化 技术和高效节能预氧化碳化装备 干喷 湿纺碳纤维表面处理技术及与不同树脂 基体 不同复合材料成型工艺相匹配的 系列化油剂和上浆剂 工信部 发改委 2016 年 12 月 化纤工业 十三五 发展指导意见 十三五 期间碳纤维处于产业化向规 模化推进的品种 重点攻克低成本 高 稳定性的制造技术和装备 工信部 2017 年 1 月 新材料产业发展指南 在碳纤维复合材料领域实现产业化及应 新材料行业第一门户和研究智库 5 媒体媒体 平台平台 智库智库 发改委 科技部 财政部 用 突破高强高模碳纤维产业化技术 高性能芳纶工程化技术 开展大型复合 材料结构件研究及应用测试 资料来源 赛瑞研究整理 二 碳纤维行业市场发展概况二 碳纤维行业市场发展概况 1 全球碳纤维行业市场发展分析 全球碳纤维行业市场发展分析 碳纤维制备技术发源于日本 经过漫长的技术改进和市场培育 日本 美国实现了对 碳纤维核心技术和产业的垄断 20 世纪八九十年代 波音公司对碳纤维的需求带动了日本 东丽公司的大发展 20 世纪 90 年代 美国国防发展对关键材料碳纤维国产化的要求推动 了美国赫氏公司的大发展 日本东丽公司长期占据世界碳纤维行业的龙头地位 多年来 日本的东丽 东邦和三菱丽阳三家企业碳纤维产能最大 从标准模量 中模量到高模量 产品的力学性能品级齐全 品种规格丰富 产品设计紧紧围绕应用领域 成为引领世界碳 纤维发展的 三驾马车 目前全球碳纤维产量约 70 产业被日本控制 市场被日本 美 国和欧盟控制 80 左右 截至 2016 年底全球碳纤维总产能达 14 2 万吨 碳纤维产量达 8 4 万吨 图表 全球碳纤维产业产能及产量情况图表 全球碳纤维产业产能及产量情况 8 3 9 2 10 1 12 6 13 5 14 2 6 5 6 8 7 3 7 5 7 7 8 4 2011年2012年2013年2014年2015年2016年 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 00 10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 80 00 90 00 产能产量产能利用率 单位 万吨 新材料行业第一门户和研究智库 6 媒体媒体 平台平台 智库智库 资料来源 赛瑞研究 2 中国碳纤维行业市场发展分析 中国碳纤维行业市场发展分析 长期以来 日本 美国等发达国家在碳纤维高端产品 技术装备等方面对我国进行封 锁或限制性管理 自 20 世纪 60 年代以来 我国对碳纤维技术进行了积极的探索 但产业 化进程十分缓慢 进入 21 世纪 我国碳纤维行业取得了一系列重大突破 打破了国外的技 术封锁 建立了国产化主流技术 初步建立起技术研发 工程化研究和产业化生产的行业 格局 近年来中国对碳纤维的需求量日益增长 碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持的新 产品 成为国内新材料行业研发的热点 为全面掌握碳纤维核心技术 国内企业注重自主 创新 某些关键设备的研发已取得突破性成果 而且原材料供应充足 我国碳纤维产业技 术特点十分明显 技术多元化越来越受到重视 目前国内大小碳纤维生产企业达 40 多家 2010 至 2016 年期间 我国碳纤维产能从 0 64 万吨增至 2 38 万吨 增长了 3 倍多 年均增长率超过 17 5 2016 年国内碳纤维产量 达 0 39 万吨 由于目前中国碳纤维生产企业面临生产越多亏损越大的局面 大多只能减产 甚至停产 因而造成中国碳纤维实际产量大大低于设计产能 新材料行业第一门户和研究智库 7 媒体媒体 平台平台 智库智库 图表 我国碳纤维产业产能及产量情况图表 我国碳纤维产业产能及产量情况 0 150 159 0 2 0 263 0 319 0 37 0 39 0 64 1 1 2 1 4 1 5 1 95 2 38 2010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 0 00 5 00 10 00 15 00 20 00 25 00 产量产能产能利用率 万吨 资料来源 赛瑞研究 三 碳纤维行业竞争格局分析三 碳纤维行业竞争格局分析 目前 全球碳纤维市场被日本东丽 日本东邦 日本三菱丽阳及美国赫克塞尔等少数 几个公司所垄断 日本东丽和美国赫克塞尔是全球经营最为成功的碳纤维生产企业 我国碳纤维行业目前仍处于初级阶段 由于碳纤维行业涉及精馏纯化 高分子合成 化纤纺制 高温处理 表面处理及界面科学等多学科交叉 且精密制造的工艺门槛甚高 掌握高性能碳纤维研发核心技术并能够实现稳定 成本可控的规模化生产的企业较少 绝 大多数企业不能满足航空航天等高端产业的规模化应用需求 主要围绕体育休闲等低端领 域 在高性能碳纤维研发生产方面 国内部分碳纤维企业基本实现 T700 级 T800 级碳纤 维技术突破 但稳定性 产品离散度等指标与国外优势企业相比存在一定差距 四 碳纤维行业发展趋势分析四 碳纤维行业发展趋势分析 1 碳纤维研制和产业化建设将进一步加快 新材料行业第一门户和研究智库 8 媒体媒体 平台平台 智库智库 经过多年的研发和约十年的产业化建设 我国建立起了自己的碳纤维技术体系和较完 整的碳纤维产业 初步形成了产业化的碳纤维研发与生产平台 建立了针对国产高性能碳 纤维的应用评价 复合材料制备与应用体系 国内碳纤维制造已开始逐步打破了日 美长 期的技术封锁和市场垄断局面 未来几年 在国家政策的强力支持及国内碳纤维规模化发 展推动下 我国碳纤维的产业化进程将进一步加快 进一步打破国外产品和技术垄断 2 碳纤维产业将加速进口替代 总体来看 国内 T300 级和 T700 级碳纤维产品质量已达到国外同类产品水平 在航天 航空 国防军工 体育休闲等领域部分替代进口 但是国内碳纤维行业对外依存度依然非 常高 进口产品占整个市场销量的 80 以上 高端产品市场甚至达到 95 国内政策已经 明确提出到 2020 年 我国碳纤维技术创新 产业化能力和综合竞争能力达到国际水平 国 家政策鼓励进口替代的意图非常明确 随着国内碳纤维产业链的不断成熟 国内碳纤维必 将加速进口替代进程 3 应用领域不断扩大 工业消费占比逐步上升 碳纤维除了用于航天航空和风电 汽车 体育用品及国防领域等主要领域外 在轨道 交通 电力输送 海洋工程 建筑补强 石油开采 压力容器等领域的需求潜力同样可观 从全球碳纤维应用来看 工业领域的应用仍占主流 我国受限于产品技术水平难以满足规 模生产高端碳纤维 体育休闲领域占据了大部分市场 目前国内体育休闲市场已经逐渐饱 和 未来几年 随着碳纤维生产技术的进步及工业应用领域的拓展 工业领域的占比将逐 步扩大 预计到 2020 年将超过 60 4 低端产品竞争加剧 行业开始走向整合 国产碳纤维整体性能 质量与国际先进国家相比存在较大差距 产品又都集中于低端 产品 纤维应用技术服务能力差 产品市场接受程度不高 大多数碳纤维企业并没有完全 掌握工艺技术和设备性能 造成产品质量稳定性差 且