2022年碳纤维产业市场规模及发展趋势分析.docx

2022年碳纤维产业市场规模及发展趋势分析 1. 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 碳纤维是由聚丙烯腈、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，聚丙烯腈（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腈，丙烯腈聚合和纺丝 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，并进一步制成 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、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。 2、碳纤维新应用场景不断被发掘，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 灯灯丝时发明的；但当时由于钨丝制作灯泡灯丝成本更低廉，碳丝没有得到进一步发展。而 20 世纪 50 年代之后，伴随着碳纤维正式被命名，碳纤维行业的发展开始起步；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发掘并推广，碳纤维 行业需求上限也因此持续被突破。 2. 碳纤维制造工艺日渐成熟，成本下降助力应用渗透 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达到 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发展阶 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 年发展、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，但可能还有一个重要原因则是碳纤维制造工艺日益成熟及因此带来的碳 纤维制造成本的明显下降，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%。 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成本下降的主要推手，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成本逐渐下行。 1、成本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，碳纤维成本构成中，原丝成本占 51%、预氧化处理成本占 据 16%、碳化/石墨化占据 23%、表面处理占 4%、卷绕成型占 6%；因此，原丝成本下降是推 动碳纤维制造成本下降的重要一环。 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 丝成本。目前原丝生产按照纺丝工艺主