一   國際碳纖維行業分析

    （1）國際碳纖維行業發展概況

    20世紀中葉，發達國家投入大量人力和物力研究碳纖維，碳纖維復合材料最初由于其在結構輕量化中無可替代的材料性能，首先在軍用航空航天領域得到了青睞；1959年，日本大阪工業技術試驗所的進藤昭男首先發明了聚丙烯腈（PAN）基碳纖維，1964年，英國皇家航空研究所（RAE）的瓦特等人打通了生產高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的工藝流程，在纖維的熱穩定化過程中施加了張力牽伸，以滿足結構的轉化，使聚丙烯腈（PAN）基碳纖維成為主流產品，并于20世紀70年代開啟民用碳纖維商業化應用；20世紀80年代至90年代，碳纖維在民用航空領域的引領下得以快速發展；進入21世紀，碳纖維生產工藝技術已經成熟，隨著碳纖維應用領域的擴大，碳纖維的市場需求急劇增加，碳纖維產業日趨成熟。

    從全球碳纖維市場的份額劃分看，國際碳纖維市場依然為日、美企業所壟斷。日本是全球最大的碳纖維生產國，世界碳纖維技術主要掌握在日本公司手中，其生產的碳纖維無論質量還是數量上均處于世界領先地位，日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產的“領頭羊”。

    數據顯示，在小絲束碳纖維市場上，日本企業所占有的市場份額占到全球產能的 49%；在大絲束碳纖維市場上，日本企業所擁有市場份額占到全球產能的52%，美國企業所擁有的市場份額占全球產能的24%，日美兩國合計擁有全球76%的大絲束碳纖維生產能力，處于明顯的主導地位。

    全球小絲束碳纖維市場份額劃分圖

    全球大絲束碳纖維市場份額劃分圖

    （2）國際碳纖維市場及趨勢分析

    A.全球碳纖維市場需求及趨勢分析

    碳纖維很少直接應用，大多是經過深加工制成中間產物或復合材料使用，碳纖維復合材料作為結構件或功能件現已廣泛應用在航空航天、工業和體育休閑用品三大領域。碳纖維以其質輕、高強度、高模量、耐高低溫和耐腐蝕等特點最早應用于航天及國防領域，如大型飛機、軍用飛機、無人機及導彈、火箭、人造衛星和雷達罩等，且航空航天領域用碳纖維的性能等級相對而言是最高的。在工業領域，碳纖維廣泛應用在汽車、電纜、風能發電、壓力容器、海洋產業、電子器件、工業器材和土木建筑等；在體育休閑用品領域，高爾夫球桿和釣魚竿最早獲得應用，近年來，自行車、網球拍、羽毛球拍等體育用品也越來越多的使用碳纖維材料，一般使用T300級碳纖維就可以滿足需求，但為了提升產品性能，部分部件也已開始使用T700級甚至更高性能碳纖維。

    隨著碳纖維的不斷發展，碳纖維在工業領域和航空航天領域的應用范圍不斷擴大，占比也呈上升趨勢，預計到2020年，碳纖維的需求總量將達到15.73萬噸，年均復合增長率達到13.62%；到2024年全世界總體需求有望達到21.92萬噸，盡管增速有所放緩，但復合增長率仍達到11.38%。其中增速最快的工業領域，未來十年復合增長率將達到14.52%，而最近5年的復合增長率更是高達17.55%。工業領域碳纖維消費占總消費的比例將從2015年的63.55%逐步提升至81.63%。航空航天領域的需求在未來5年進入快速發展期，而體育休閑領域在世界范圍內應用相對成熟，需求量每年穩定增加。

    全球碳纖維市場需求預測圖（噸）

    a.航空航天領域需求持續增長

    碳纖維復合材料是大型整體化結構的理想材料。與常規材料相比可使飛機減重20%-40%；復合材料還克服了金屬材料容易出現疲勞和被腐蝕的缺點，增加了飛機的耐用性；復合材料的良好成型性可以使結構設計成本和制造成本大幅度降低。航空航天領域對碳纖維的需求主要來自兩大方面，一是不斷增加的碳纖維復合材料的應用比例，二是新增的飛機訂單，預計2020 年，航空航天對碳纖維的需求將達到2.21 萬噸。

    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展，自20 世紀70 年代至今，國外軍用飛機從最初將復合材料用于尾翼級的部件制造到今天用于機翼、口蓋、前機身、中機身、整流罩等。從1969 年起，美國F14A 戰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。采用復合材料構件不僅可實現輕量化和設計自由度大，而且可以整體成型，減少零件數量，降低生產成本并提高生產效率。

    我國軍用飛機的復合材料應用也呈現逐年遞增的趨勢。隨著碳纖維復合材料在國防航空航天上應用比例的增加、裝備列裝數量增加以及裝備換代更新的需要，后期國防事業對碳纖維的需求將逐年增加。

    復合材料在航空產品應用比例圖

    從20 世紀80 年代開始，碳纖維復合材料開始應用在客機上的非承力構件， 在早期的A310、B757 和B767 上，碳纖維復合材料的占比僅為5%-6%，隨著技術的不斷進步，碳纖維復合材料逐漸作為次承力構件和主承力構件應用在客機上， 其質量占比也開始逐步提升，到A380 時，復合材料占比達到23%，具體應用在客機主承力結構部件如主翼、尾翼、機體、中央翼盒、壓力隔壁等，次承力結構部件如輔助翼、方向舵及客機內飾材料等，開創了先進復合材料在大型客機上大規模應用的先河。而最新的B787和A350，復合材料的用量達到了50%以上，有更多部件使用碳纖維，例如機頭、尾翼、機翼蒙皮等，使用量大大提升。在飛機訂單方面，A350截至2015年10月有783架訂單，波音的B787更是超過一千架，中國的C919飛機盡管復合材料使用不足20%，但訂單數量也已經超過400架。航空飛機的巨大需求足以支撐未來長期的碳纖維需求。

    復合材料在商用飛機應用比例發展趨勢圖

    此外，近年來無人機（UAV）包括無人作戰機（UCAV）發展迅速，由于低成本、輕結構、高機動、大過載、高隱身、長航程的技術特點，決定了其對減重的迫切需求，復合材料的使用比例基本是所有航空器中最高的，美國全球鷹（Global Hawk）高空長航時無人偵察機共用復合材料達65%，先進無人機復合材料的用量更是不斷提升，X-45C、X-47B、“神經元”、“雷神”上都運用了90%的復合材料。近年來無人機除廣泛用于軍事用途外，在災情巡邏、環境監控、大地測量空中攝影及氣象觀察等民用領域的用途越來越廣，隨著這些飛機逐漸形成批量生產，復合材料在無人機上的用量會繼續增加。

    在航天領域，碳纖維復合材料不僅符合航天技術對結構材料減輕質量的要求，還符合對結構材料具有高比模量和高比強度的要求，具有性能和功能的可設計性，被大量應用。此外，航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤，因此，在航空航天工業中普遍采用先進的碳纖維復合材料。美國、歐洲的衛星結構質量不到總重量的10%，原因就在于廣泛使用了高性能復合材料。目前衛星的微波通信系統、能源系統和各種支撐結構件等已經基本做到了復合材料化。在運載火箭和戰略導彈方面，碳纖維復合材料以其優異的性能得到了較好的應用與發展，先后成功用于“飛馬座”、“德爾塔”運載火箭、“三叉戟”Ⅱ（D5）、“侏儒”導彈等型號；美國的戰略導彈MX洲際導彈，俄羅斯戰略導彈“白楊”M導彈均采用先進復合材料發射筒。

    b.大功率、長葉片需求加速風電葉片碳纖維化

    風力作為清潔能源的代表之一，先于光伏發電受到全球各國的青睞。自20世紀80年代商業化發展以來，經歷了全球化的高速增長。截至2015年底，全球累計裝機容量達到432.42GW，累計年增長率17%，根據GWEC的預測，全球風電累計裝機容量將從2014年的369.6GW增加至2019年的666.1GW，復合增速高達12.5%。風電未來的發展方向，除了向新興地區，如拉美、非洲等地開拓市場之外，低速風機和海上風機將逐漸成為行業熱點。

    出于經濟性考慮，當前主流的葉片為玻璃鋼材質（GFRP），但隨著低速風機和海上風機的不斷發展，葉片長度的不斷增加，部分結構使用碳纖維或碳纖/玻纖混合材料在綜合成本上將更具優勢。根據測算，40米以上的風電葉片中關鍵結構如梁帽、主梁使用碳纖維復合材料一方面可使葉片自重減少38%，成本降低14%；另一方面提高葉片抗疲勞性能，提高輸出功率，以碳纖維為材質可更容易生產出大直徑和自適應的風電葉片。

    c.汽車行業革新帶來碳纖維行業需求

    隨著排放標準趨嚴及低碳生活被人們普遍接受，節能減排已成為汽車工業的重要研究課題，在能源革新有限的情況下，輕量化是解決問題的關鍵之一。碳纖維具有比模量和比強度高、減重潛力大、安全性好等突出優點，是汽車輕量化最佳選擇。歐洲鋁協研究數據表明，若汽車整車質量降低10%，燃油效率可提高6%～8%；具體從絕對量來說，汽車重量每降低100kg，每百公里可節約0.6L燃油，二氧化碳排放可減少約10g/Km。自1953年世界上第一輛全復合材料車身的汽車—GM Corvette制造成功以后，隨著復合材料技術的不斷進步，如今碳纖維復合材料在汽車車身、尾翼、汽車底盤、發動機罩、汽車內飾等各個地方。寶馬i3大批量應用碳纖維復合材料，減重約250-350公斤，為量產汽車輕量化樹立了成功榜樣。

    隨著汽車工業的不斷發展，特別是在新能源汽車大行其道的今天，市場對汽車的輕量、節能、環保等需要提出了更高的要求，在汽車工業輕量化需求推動下，2009年以來全球汽車工業領域對碳纖維的需求量呈上升趨勢，碳纖維復合材料在汽車工業領域應用比例的不斷提高。據前瞻產業研究院保守估計，未來汽車工業領域的碳纖維需求量將保持7%的規模增速，按照這一增速預測，到2018年全球碳纖維在汽車工業領域的需求量將在8,600噸左右。

    汽車工業領域碳纖維需求預測圖（噸）

    知名咨詢調研機構Lux Research在2015年2月發布最新報告稱，隨著材料技術的飛速發展，到2020年碳纖維復合材料的市場估值預計將達到60億美元，到2025年，碳纖維復合材料將有望成為全球汽車市場的主流配置。

    B.全球碳纖維供給

    目前全球碳纖維工業化產品仍以PAN基碳纖維為代表，其力學性能最高，應用領域最廣，占全球碳纖維總產量的90％以上。

    2014年全球PAN基碳纖維產能約為12.8萬噸，其中小絲束碳纖維約為9.2萬噸，占72%；大絲束碳纖維約3.6萬噸，占28%。按照開工率70％計算，2014年全球碳纖維總產量約為9萬噸。根據相關預測，到2020年，全球小絲束碳纖維產能將達到11.5萬噸，大絲束產能達到5.4萬噸，合計達到16.9萬噸，復合增速達到7%。

    全球碳纖維產能現狀及預測圖（噸）

    目前全球碳纖維制造的主導者是日本和他們設立在歐美的工廠，其次是依靠歐美航空航天市場健康發展的美國HEXCEL和CYTEC公司，以及依靠強大工業創新體系的德國SGL公司，隨著中國在碳纖維領域投入的不斷增大，中國碳纖維產量占世界份額也不斷提高。

    全球碳纖維各國生產份額圖

    二  國內碳纖維行業分析

    （1）國內碳纖維行業發展概況

    我國從20世紀60年代開始研發聚丙烯腈基碳纖維，最早從事碳纖維研發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）。五十多年來我國碳纖維產業從無到有，從小到大，但發展速度相比發達國家仍然進展緩慢。近十五年來，在國家的大力扶持下，國內碳纖維產業取得了重大突破，碳纖維及應用領域的技術水平和產業化程度出現了加速發展的勢頭，進入前所未有的發展新階段，在國內初步形成了以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維產業聚集地。根據數據統計，2010年-2014年期間，我國碳纖維產能從6,445噸增至15,000噸，增長了2倍，年均增長23.5%，目前我國生產的碳纖維全部為小絲束，其中12K占比超過90%，1K、3K、6K各有產量。

    （2）國內碳纖維市場分析

    根據數據統計，2015年國內碳纖維市場需求約為11,000噸，隨著我國國民經濟的發展以及國防工業戰略地位的進一步提升，未來幾年我國碳纖維需求量將進入一個快速增長的時期，預計到2020年國內碳纖維的需求將達25,000噸，年均增長速率約15.5%。

    國內碳纖維市場需求圖（萬噸）

    目前國內碳纖維在航空航天、體育休閑和工業應用三大領域的用量比例是4%、67%和29%。其中，體育休閑占絕大多數，而在民用航空、交通工具、新能源裝備、工程建設等方面的應用雖然已經開始起步，但應用水平偏低，碳纖維復合材料的設計水平不足，配套的材料缺乏，相關的應用標準體系不健全，導致應用領域窄。此外，樹脂、上漿劑等配套材料品種少、性能不足，復合材料用輔助原料還不能完全實現自主供給，部分品種還依賴進口等，不僅制約了碳纖維復合材料在高端制品上的應用，同時還嚴重影響著國產碳纖維的市場應用。

    未來隨著我國基礎工業的進一步發展，碳纖維在工業領域的應用比例將得到提高，預計2020年，國內碳纖維在航空航天、體育休閑和工業應用三大領域的用量比例為6%、44%和50%，需求結構向國外靠攏。

    2014年國內碳纖維市場需求份額圖

    2020年國內碳纖維市場需求份額圖

    據統計，目前國內碳纖維市場中，國產碳纖維自給率只有20%左右，對外依存率達到80%，國外碳纖維企業通過技術及價格優勢打壓國內碳纖維企業，使我國的碳纖維市場長期受制于歐美及日本等國家。高性能碳纖維作為敏感的國防戰略新材料，其價格不僅僅只遵循市場規律，還與供需兩端國家的國防政策有關。隨著國產高性能碳纖維技術和產業化的不斷發展，為確保國防安全，避免長期受制于人和國外企業壟斷國內市場，國家出臺相關政策，大力扶持國產高性能碳纖維在航空航天等國防領域的廣泛應用。未來我國國防新裝備需求的不斷增長及國家軍民融合政策的不斷深化，國產高性能碳纖維將繼續保持良好的增長態勢。

    （3）國內碳纖維產業發展存在的問題

    A.多數碳纖維企業技術裝備、生產工藝與國際先進企業存在較大差距，產能實現率低

    1949年11月，以美國為首的17個發達國家成立了“巴黎統籌委員會”，其主要宗旨是限制成員國向社會主義國家出口戰略物資和高技術，列入禁運清單的有軍事武器裝備、尖端技術產品和稀有物資等三大類上萬種產品。1994年4月1日，“巴黎統籌委員會”宣告解散，但它所制訂的禁運物品列表被后來的《瓦森納協定》所繼承，其中包含兩份控制清單：一份是軍民兩用商品和技術清單，涵蓋了先進材料、材料處理、電子器件、計算機、電信與信息安全、傳感與激光、導航與航空電子儀器、船舶與海事設備、推進系統等9大類；另一份是軍品清單，涵蓋了各類武器彈藥、設備及作戰平臺等共22類，中國依然在被禁運國家之列。截至目前，航空航天裝備所需的高端碳纖維作為戰略物資，長期無法進口，生產碳纖維的核心技術和先進的設施設備無法引進，嚴重制約了我國國防工業和碳纖維產業的發展。

    目前，國外碳纖維龍頭企業使用的設備基本上都是根據自身技術特點進行的自主設計，在專有設備的基礎上改進升級，形成了具有自主知識產權的專有碳纖維生產裝備；而國內引進的國外生產設備是非禁運通用型碳纖維生產裝備，且價格較高。雖然國內碳纖維生產企業中設計產能千噸級以上的有3-4家，但由于缺乏核心技術團隊，大多數碳纖維生產企業對進口生產裝備的技術參數和性能指標缺乏消化和吸收能力，生產線自動化程度和對自身碳纖維生產技術的匹配性遠遠落后于國外同行，導致生產工藝的穩定性和過程控制的一致性較差，影響了碳纖維產品質量和穩定性，且生產成本很高，造成設備閑置、經營虧損，無法與國際先進企業競爭。2014年國內碳纖維實際產量僅3,200噸，2007-2014年碳纖維累計產量也僅僅只有1.23萬噸，遠遠低于設計產能。

    國內碳纖維實際產量圖（噸）

    B.多數碳纖維企業產品處于低端領域，且行業集中度不高

    從全球碳纖維產業的發展可以看出，航空航天和國防工業是碳纖維最重要的應用領域，消費量約占世界總消費量30%，但卻貢獻了全球50%的碳纖維產值；與國外的發展相比，我國碳纖維市場主要圍繞體育休閑產業發展，占比超過65%，然而該細分市場屬于低端領域，面臨非常大的價格競爭壓力。目前我國從事碳纖維復合材料研制及生產的單位近百家，但能夠生產符合航空航天標準的高性能碳纖維企業屈指可數，大量企業集中在體育休閑領域，絕大多數碳纖維廠家仍處在虧損狀態。隨著市場經濟的優勝劣汰，碳纖維行業將面臨洗牌，擁有自主知識產權和持續創新能力的企業必將在未來競爭中占得先機。

    C.國內碳纖維廠家缺乏核心技術和人才積累，難以滿足航空航天和高端民用領域對高性能碳纖維的需求

    高性能碳纖維的生產技術復雜，工藝流程長、環節多，涉及的學科較多，與設備制造能力息息相關。與國外碳纖維巨頭幾十年的連續技術積累相比，我國多數碳纖維生產企業缺乏掌握核心技術的研發及生產人員，研發產業化團隊不穩定，前期技術和數據的積累不足，缺少從實驗室技術研發、中試技術放大、工程產業化建設的全技術歷練，因此在質量、成本和設備等制備技術方面與國外還有較大差距。缺乏長期穩定的科研技術團隊成為碳纖維產業核心競爭力和可持續發展能力的重要制約。

    D.我國碳纖維的產業鏈需要進一步完善

    目前，國外已經形成設計、制造、分析及驗證、應用牽引系統化的碳纖維復合材料體系。如日本東麗和美國赫克塞爾都有預浸料、織物、短切纖維、夾層材料等中間成型物，同時，直接為客戶提供量身定制的復合材料解決方案和產品，方便了客戶的使用，也解決了碳纖維產品與樹脂匹配性問題。

    由于國內大部分碳纖維復合材料企業技術尚不成熟，缺乏相應的研發及工藝支持，未能形成體系化、系列化的碳纖維產業鏈發展模式。

    （4）國內碳纖維行業發展的趨勢

    碳纖維行業發展空間巨大，不僅體現在國防工業對碳纖維戰略新興產業的迫切需求，而且體現在迅速擴展國民經濟各個領域的應用。

    A.航空航天產業快速發展及軍民深度融合政策的不斷深入實施，為以碳纖維為代表的新材料行業提供了發展良機

    長期以來，我國國防建設落后于經濟建設，與我國日益提升的大國地位不匹配，不利于穩定周邊復雜環境。當前，建設同我國國際地位相稱的國防力量，將國防和軍隊改革融入國家全面深化改革的大局已經上升為國家層面的戰略舉措。近年來，軍民融合已成為統籌經濟建設和國防建設的大戰略、是今后一段時期內實現強國夢、強軍夢的重要戰略部署。

    作為新一代國防裝備的物質基礎，加速發展新材料技術是保持軍事領先地位的重要前提，碳纖維復合材料近年來應用領域不斷拓寬，發展極為迅猛，其用量已經成為衡量軍用裝備先進性的重要標志。未來隨著我國國防新裝備的列裝及現有裝備的更新，碳纖維材料服務國防建設的領域將不斷拓寬。

    在航空領域，我軍戰斗機以三、四代機為主體，五代機尚未服役，老式戰機占比較高。根據飛行國際的數據，我國約60%的軍用飛機面臨退役，換成以第四、五代戰斗機為標志的新一代空戰力量，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提供了難得的發展機遇，將拉動對高端碳纖維復合材料的需求。

    在常規武器裝備領域，我國武器的更新換代也迫切需要采用輕質高強、耐腐蝕的碳纖維復合材料，已受到相關客戶的關注，未來市場空間巨大。

    B.與發達國家相比，我國民用碳纖維領域需求巨大，發展結構將進一步優化

    目前國內民用碳纖維領域體育休閑類應用占絕大多數，而在民用航空、軌道交通、新能源裝備、工程建設等方面的應用雖然已經開始起步，但應用水平偏低。

    隨著國民經濟持續高速增長，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展高潮，極大促進了國內民用航空產業的高速發展，客機需求數量激增。據波音公司披露，到2020年中國需要1764架商用飛機，是美國本土以外最大的市場；同時，以C919為代表的國產大型客機商業化，為碳纖維在民用航空領域提供了更大的發展機遇。

    未來隨著我國基礎工業的進一步發展，碳纖維在工業領域的應用比例將得到提高，重要潛在市場如風電設備、汽車制造、軌道交通等領域的未來發展前景廣闊。

    C.在國家的大力扶持下，以中簡科技為代表的碳纖維企業，正加快研發和產業化的步伐，產品和企業的競爭力不斷提高

    我國政府從70年代即開始大力支持國產碳纖維的發展，由張愛萍將軍組織召開的“7511”會議，奠定了國家扶持國產碳纖維發展的基礎，國家通過“十五”、“十一五”、“十二五”三個五年計劃，強力支持了國產碳纖維的技術攻關、工程產業化和應用牽引，使得國產碳纖維的發展取得了長足的進步。目前，已經有4-5家碳纖維企業生產的T300級碳纖維應用到了航空航天領域，說明T300的工程產業化技術已經基本過關；而中簡科技更是通過多年技術積累，突破了高于T700級碳纖維的工程產業化技術，生產的ZT7系列高性能碳纖維已批量應用到航空航天領域，打破了國外對航空航天領域高端碳纖維的封鎖。中簡科技正引領國內碳纖維企業實現更高性能的碳纖維產業化步伐，通過技術提升和設備革新降低生產成本，提高企業核心競爭力。

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責任編輯：王元

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