前言

    碳纖維是一種高強度、高模量的高性能纖維材料，碳纖維密度不到鋼的1/4、強度是鋼的5-7倍，廣泛應(yīng)用于航空航天、能源裝備、交通運輸、體育休閑等領(lǐng)域。經(jīng)過多年的研發(fā)和約十年的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，我國建立起了自己的碳纖維技術(shù)體系和較完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)，初步形成了產(chǎn)業(yè)化的碳纖維研發(fā)與生產(chǎn)平臺，逐步打破了日、美長期的技術(shù)封鎖和市場壟斷局面。隨著國內(nèi)碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，碳纖維的市場需求急劇增加，碳纖維產(chǎn)業(yè)日趨成熟。

    一、碳纖維行業(yè)概述

    1、碳纖維行業(yè)定義及分類

    （1）行業(yè)定義碳纖維是一種高強度、高模量的高性能纖維材料，含碳量90%以上，碳以外的主要元素是氮。作為一種性能優(yōu)異的戰(zhàn)略性新材料，碳纖維密度不到鋼的1/4、強度是鋼的5-7倍，廣泛應(yīng)用于航空航天、能源裝備、交通運輸、體育休閑等領(lǐng)域。目前市場銷售的90%以上的碳纖維，是以聚丙烯腈（PAN）纖維為原料制成的聚丙烯腈基碳纖維。

    圖表：碳纖維與常用材料的力學(xué)性能對比

    資料來源：賽瑞研究

    （2）行業(yè)分類

    碳纖維可以按照原絲類型、制造方法、性能等不同維度進行分類，具體分類方式大致有以下幾種：

    按照原絲類型分類：聚丙烯腈（PAN）基；瀝青基（各向同性、中間相）；粘膠基（纖維素基、人造絲基）。

圖表：不同原絲碳纖維對比

    按照制造條件和方法分類：碳纖維（800-1600℃）；石墨纖維（2000-3000℃）；活性碳纖維；氣相生長碳纖維。

    按力學(xué)性能分類：高強型（GQ）、高強中模型（QZ）、高模型（GM）、高強高模型（QM）。碳纖維在應(yīng)用時多是作為增強材料而利用其優(yōu)良的力學(xué)性能，因此使用中更多的是按其力學(xué)性能分類。

    按絲束大小分類：碳纖維可劃分為小絲束和大絲束，小絲束碳纖維初期以1K、3K、6K為主，逐漸發(fā)展為12K和24K，主要應(yīng)用于國防軍工等高科技領(lǐng)域，以及體育休閑用品，如飛機、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和漁具、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等。

    通常將48K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括48K、60K、80K等，主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，包括：紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機電、土木建筑、交通運輸和能源等。

    2、碳纖維行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

    完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游主要以石油化工行業(yè)為主，通過原油煉制、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈；碳纖維企業(yè)通過對以丙烯腈為主的原材料進行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲，對原絲進行預(yù)氧化、碳化等工藝制得碳纖維。碳纖維經(jīng)與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，形成碳纖維復(fù)合材料，最后由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的最終產(chǎn)品。碳纖維下游應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，需求持續(xù)增長，碳纖維復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、體育休閑、汽車、風(fēng)電等領(lǐng)域，國內(nèi)進口替代迫切。

    圖表：碳纖維行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

資料來源：賽瑞研究整理

    3、碳纖維行業(yè)管理體制及相關(guān)政策法規(guī)情況

    碳纖維行業(yè)系化學(xué)纖維制造業(yè)，主管部門為工信部原材料工業(yè)司；行業(yè)自律機構(gòu)為中國化纖工業(yè)協(xié)會，主要負責(zé)產(chǎn)業(yè)及市場研究。

    碳纖維作為一種戰(zhàn)略性新材料，是國防軍工、航空航天領(lǐng)域重要材料，國家必須發(fā)展自有技術(shù)。自2000年至今，國家密集出臺多項產(chǎn)業(yè)政策支持碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。發(fā)改委、科技部、工信部等部門均加大了支持力度。

    圖表：碳纖維行業(yè)重點政策匯總

    資料來源：賽瑞研究整理

   二、碳纖維行業(yè)市場發(fā)展概況

    1、全球碳纖維行業(yè)市場發(fā)展分析

    碳纖維制備技術(shù)發(fā)源于日本，經(jīng)過漫長的技術(shù)改進和市場培育，日本、美國實現(xiàn)了對碳纖維核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的壟斷。20世紀(jì)八九十年代，波音公司對碳纖維的需求帶動了日本東麗公司的大發(fā)展。20世紀(jì)90年代，美國國防發(fā)展對關(guān)鍵材料碳纖維國產(chǎn)化的要求推動了美國赫氏公司的大發(fā)展。日本東麗公司長期占據(jù)世界碳纖維行業(yè)的龍頭地位。多年來，日本的東麗、東邦和三菱麗陽三家企業(yè)碳纖維產(chǎn)能最大，從標(biāo)準(zhǔn)模量、中模量到高模量，產(chǎn)品的力學(xué)性能品級齊全，品種規(guī)格豐富，產(chǎn)品設(shè)計緊緊圍繞應(yīng)用領(lǐng)域，成為引領(lǐng)世界碳纖維發(fā)展的“三駕馬車”。目前全球碳纖維產(chǎn)量約70%產(chǎn)業(yè)被日本控制，市場被日本、美國和歐盟控制（80%左右）。

    截至2016年底全球碳纖維總產(chǎn)能達14.2萬噸，碳纖維產(chǎn)量達8.4萬噸。

    圖表：全球碳纖維產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能及產(chǎn)量情況

資料來源：賽瑞研究

    2、中國碳纖維行業(yè)市場發(fā)展分析

    長期以來，日本、美國等發(fā)達國家在碳纖維高端產(chǎn)品、技術(shù)裝備等方面對我國進行封鎖或限制性管理。自20世紀(jì)60年代以來，我國對碳纖維技術(shù)進行了積極的探索，但產(chǎn)業(yè)化進程十分緩慢；進入21世紀(jì)，我國碳纖維行業(yè)取得了一系列重大突破，打破了國外的技術(shù)封鎖，建立了國產(chǎn)化主流技術(shù)，初步建立起技術(shù)研發(fā)、工程化研究和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的行業(yè)格局。

    近年來中國對碳纖維的需求量日益增長，碳纖維已被列為國家化纖行業(yè)重點扶持的新產(chǎn)品，成為國內(nèi)新材料行業(yè)研發(fā)的熱點。為全面掌握碳纖維核心技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)注重自主創(chuàng)新，某些關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)已取得突破性成果，而且原材料供應(yīng)充足。我國碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)特點十分明顯，技術(shù)多元化越來越受到重視。

    目前國內(nèi)大小碳纖維生產(chǎn)企業(yè)達40多家，2010至2016年期間，我國碳纖維產(chǎn)能從0.64萬噸增至2.38萬噸，增長了3倍多，年均增長率超過17.5%。2016年國內(nèi)碳纖維產(chǎn)量達0.39萬噸，由于目前中國碳纖維生產(chǎn)企業(yè)面臨生產(chǎn)越多虧損越大的局面，大多只能減產(chǎn)甚至停產(chǎn)，因而造成中國碳纖維實際產(chǎn)量大大低于設(shè)計產(chǎn)能。

    圖表：我國碳纖維產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能及產(chǎn)量情況

    資料來源：賽瑞研究

    三、碳纖維行業(yè)競爭格局分析

    目前，全球碳纖維市場被日本東麗、日本東邦、日本三菱麗陽及美國赫克塞爾等少數(shù)幾個公司所壟斷，日本東麗和美國赫克塞爾是全球經(jīng)營最為成功的碳纖維生產(chǎn)企業(yè)。

    我國碳纖維行業(yè)目前仍處于初級階段，由于碳纖維行業(yè)涉及精餾純化、高分子合成、化纖紡制、高溫處理、表面處理及界面科學(xué)等多學(xué)科交叉，且精密制造的工藝門檻甚高，掌握高性能碳纖維研發(fā)核心技術(shù)并能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定、成本可控的規(guī)模化生產(chǎn)的企業(yè)較少，絕大多數(shù)企業(yè)不能滿足航空航天等高端產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化應(yīng)用需求，主要圍繞體育休閑等低端領(lǐng)域；在高性能碳纖維研發(fā)生產(chǎn)方面，國內(nèi)部分碳纖維企業(yè)基本實現(xiàn)T700級、T800級碳纖維技術(shù)突破，但穩(wěn)定性、產(chǎn)品離散度等指標(biāo)與國外優(yōu)勢企業(yè)相比存在一定差距。

    四、碳纖維行業(yè)發(fā)展趨勢分析

    1、碳纖維研制和產(chǎn)業(yè)化建設(shè)將進一步加快

    經(jīng)過多年的研發(fā)和約十年的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，我國建立起了自己的碳纖維技術(shù)體系和較完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)，初步形成了產(chǎn)業(yè)化的碳纖維研發(fā)與生產(chǎn)平臺，建立了針對國產(chǎn)高性能碳纖維的應(yīng)用評價、復(fù)合材料制備與應(yīng)用體系。國內(nèi)碳纖維制造已開始逐步打破了日、美長期的技術(shù)封鎖和市場壟斷局面。未來幾年，在國家政策的強力支持及國內(nèi)碳纖維規(guī)模化發(fā)展推動下，我國碳纖維的產(chǎn)業(yè)化進程將進一步加快，進一步打破國外產(chǎn)品和技術(shù)壟斷。

    2、碳纖維產(chǎn)業(yè)將加速進口替代

    總體來看，國內(nèi)T300級和T700級碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量已達到國外同類產(chǎn)品水平，在航天航空、國防軍工、體育休閑等領(lǐng)域部分替代進口。但是國內(nèi)碳纖維行業(yè)對外依存度依然非常高，進口產(chǎn)品占整個市場銷量的80%以上，高端產(chǎn)品市場甚至達到95%。國內(nèi)政策已經(jīng)明確提出到2020年，我國碳纖維技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)化能力和綜合競爭能力達到國際水平，國家政策鼓勵進口替代的意圖非常明確，隨著國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，國內(nèi)碳纖維必將加速進口替代進程。

    3、應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，工業(yè)消費占比逐步上升

    碳纖維除了用于航天航空和風(fēng)電、汽車、體育用品及國防領(lǐng)域等主要領(lǐng)域外，在軌道交通、電力輸送、海洋工程、建筑補強、石油開采、壓力容器等領(lǐng)域的需求潛力同樣可觀。從全球碳纖維應(yīng)用來看，工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用仍占主流，我國受限于產(chǎn)品技術(shù)水平難以滿足規(guī)模生產(chǎn)高端碳纖維，體育休閑領(lǐng)域占據(jù)了大部分市場。目前國內(nèi)體育休閑市場已經(jīng)逐漸飽和，未來幾年，隨著碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的進步及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，工業(yè)領(lǐng)域的占比將逐步擴大，預(yù)計到2020年將超過60%。

    4、低端產(chǎn)品競爭加劇，行業(yè)開始走向整合

    國產(chǎn)碳纖維整體性能、質(zhì)量與國際先進國家相比存在較大差距，產(chǎn)品又都集中于低端產(chǎn)品，纖維應(yīng)用技術(shù)服務(wù)能力差，產(chǎn)品市場接受程度不高。大多數(shù)碳纖維企業(yè)并沒有完全掌握工藝技術(shù)和設(shè)備性能，造成產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，且產(chǎn)品同質(zhì)化非常嚴(yán)重。初步統(tǒng)計的國內(nèi)16家具備原絲和碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)中，有13家采用了DMSO紡絲工藝路線。所有的碳纖維企業(yè)都以生產(chǎn)高強型T300級和T700級以及高強中模型T800級碳纖維為主，產(chǎn)品又都集中在3K、6K、12K、24K，而24K以上的大絲束品種基本沒有生產(chǎn)。

    隨著龍頭企業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)能力逐漸形成，加上日本企業(yè)在低端產(chǎn)品市場對于價格的刻意打壓，低端產(chǎn)品的利潤空念將會被進一步壓縮，缺乏核心競爭優(yōu)勢和技術(shù)的中小企業(yè)將面臨更大的生存壓力，行業(yè)整合將加速到來。

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