摘要:長期以來,我國碳纖維消費高度依賴進口,進口比例一度超過50%。然而,隨著國內(nèi)碳纖維技術的不斷進步和產(chǎn)能的持續(xù)擴張,這一局面正在逐步改變。近年來,吉林化纖、中復神鷹等國內(nèi)主要碳纖維生產(chǎn)廠商加大技術研發(fā)投入,提升生產(chǎn)工藝水平,實現(xiàn)了碳纖維的國產(chǎn)化替代。國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展也得到了政策的大力支持,推動了產(chǎn)業(yè)的持續(xù)壯大。2022年我國碳纖維產(chǎn)量及需求量分別為4.5萬噸和7.44萬噸,同比分別增長80%和19%。
一、定義及分類
碳纖維是由有機纖維經(jīng)過碳化及石墨化處理得到的微晶石墨材料纖維,其含碳量在90%以上,具備強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)點,被譽為“新材料之王”,廣泛應用于航空航天、汽車、體育休閑、建筑、電子電器、壓力容器等多個領域。根據(jù)原絲類型,碳纖維可以分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維。其中,PAN基碳纖維由于生產(chǎn)工藝相對簡單,產(chǎn)品力學性能優(yōu)異,用途廣泛,占據(jù)了主流地位。
二、行業(yè)政策
1、主管部門和監(jiān)管體制
碳纖維行業(yè)屬于化學纖維制造業(yè),主管部門為中華人民共和國工業(yè)和信息化部原材料工業(yè)司,行業(yè)自律機構為中國化學纖維工業(yè)協(xié)會。其中,中華人民共和國工業(yè)和信息化部原材料工業(yè)司,承擔碳纖維行業(yè)管理工作,研究國內(nèi)外原材料市場情況并提出建議。中國化學纖維工業(yè)協(xié)會主要任務是在企業(yè)和政府部門間起橋梁和紐帶作用,反映企業(yè)的愿望和要求,傳達政府的意圖,協(xié)助政府推行經(jīng)濟政策法規(guī)和完善行業(yè)管理等。
2、行業(yè)相關政策
近年來,國家及地方政府出臺了一系列關于碳纖維及碳纖維復合材料的產(chǎn)業(yè)支持政策,推動了碳纖維行業(yè)蓬勃發(fā)展,持續(xù)引導并進一步提升碳纖維材料重點品種的關鍵生產(chǎn)和應用技術,促進碳纖維及其復合材料的開發(fā),提升行業(yè)產(chǎn)業(yè)化水平,推進產(chǎn)能提升,進一步拓展碳纖維材料的應用領域。其中,工信部于 2019 年工信部發(fā)布的《重點新材料首批次應用示范指導目錄(2019 年版)》中,將高強、高強中模、高模型碳纖維等列為關鍵戰(zhàn)略材料,為碳纖維生產(chǎn)技術的提升和產(chǎn)業(yè)化的推進提供了保障。2024年1月工信部等部門發(fā)布的《關于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》中,提出發(fā)展高性能碳纖維、先進半導體等關鍵戰(zhàn)略材料等,為碳纖維行業(yè)的未來發(fā)展指明了方向。一系列利好政策持續(xù)落實,為碳纖維行業(yè)的發(fā)展提供了有力的保障和支持。
三、發(fā)展歷程
我國的碳纖維行業(yè)起步于20世紀60年代,幾乎和日美等國家同時起步,但由于相關知識儲備不足、知識產(chǎn)權歸屬等問題,發(fā)展緩慢。同時,日本、美國等國家對碳纖維核心技術形成壟斷,我國碳纖維生產(chǎn)技術和裝備水平整體落后于國外,在較長的一段時間內(nèi)發(fā)展止步不前,無法滿足國家重大裝備等高端領域的需求。2000年以來,國家加大對于碳纖維領域自主創(chuàng)新的支持力度,將碳纖維列為重點研發(fā)項目。伴隨著國家政策的大力扶持,國內(nèi)碳纖維行業(yè)在技術上取得重大突破,產(chǎn)業(yè)化程度快速提升,應用領域不斷擴大,地區(qū)上目前已形成以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維聚集地。2005年,中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院在碳纖維制備方面取得重要進展,實現(xiàn)了碳纖維的國產(chǎn)化,多家企業(yè)也開始投資碳纖維技術研發(fā)和生產(chǎn),碳纖維行業(yè)進入產(chǎn)業(yè)化階段。到2019年,國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴大至千億級別,相關產(chǎn)業(yè)鏈也逐步完善。目前,中國已成為全球最大的碳纖維生產(chǎn)國之一,并在多個領域取得了重要成果。
四、行業(yè)壁壘
1、技術壁壘
碳纖維制備工藝技術復雜,涉及化學、材料學、力學等多個學科領域。從原絲制備到碳纖維生產(chǎn)的每一步工藝都有較高的技術要求,需要精確控制各種工藝參數(shù)。此外,碳纖維復合材料的制造技術也較為復雜,需要長期的工藝技術研發(fā)和經(jīng)驗積累。因此,新進入者需要具備較高的技術實力和研發(fā)投入,才能突破技術壁壘。
2、資金壁壘
碳纖維的研發(fā)投入高、生產(chǎn)設備昂貴,疊加研發(fā)和認證周期長,在初期會造成較大的現(xiàn)金流壓力。而較早進入行業(yè)的企業(yè),不僅可以實現(xiàn)技術和規(guī)模的積累,還可以與下游客戶形成較高的粘性,較難被新進入者超越。整體看,碳纖維行業(yè)的投資門檻較高,高資金壁壘使得大量企業(yè)較難進入。
3、品牌和渠道壁壘
碳纖維行業(yè)已有一些知名品牌,如日本東麗、美國赫氏等。這些企業(yè)在市場上擁有較高的知名度和美譽度,對新進入者構成了一定的品牌壁壘。此外,碳纖維應用領域廣泛,需要建立完善的銷售渠道和服務網(wǎng)絡,這也對新進入者構成了一定的渠道壁壘。
4、認證壁壘
某些應用領域?qū)μ祭w維產(chǎn)品的質(zhì)量和性能要求較高,需要通過一系列國際標準和行業(yè)認證。這些認證過程繁瑣、周期長,需要企業(yè)具備完善的質(zhì)量管理體系和產(chǎn)品檢測能力。對于新進入者來說,通過這些認證需要付出較大的成本和時間,構成了進入壁壘。
五、產(chǎn)業(yè)鏈
1、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析
碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游原材料主要包括聚丙烯腈(PAN)、瀝青、粘膠纖維等。這些原材料從石油、煤炭、天然氣等化石燃料中提取出來,通過一系列化學反應和加工而成。其中,聚丙烯腈原絲是碳纖維的主要原料,其質(zhì)量和性能對碳纖維的生產(chǎn)至關重要。中游則是碳纖維的制造環(huán)節(jié),包括原絲的生產(chǎn)、碳化、石墨化等工藝過程。下游是碳纖維的應用領域,主要包括風電、體育休閑、航空航天、汽車、建筑、電子電器等多個行業(yè)。碳纖維行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示:


















2、行業(yè)領先企業(yè)分析
(1)中復神鷹碳纖維股份有限公司
中復神鷹碳纖維股份有限公司是一家專業(yè)從事碳纖維及其復合材料研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術企業(yè)。公司長期專注于高性能碳纖維創(chuàng)新研究,實現(xiàn)了高性能干噴濕紡碳纖維產(chǎn)業(yè)化關鍵技術突破,形成了覆蓋高強型、高強中模型、高模型、高強高模型等不同類別碳纖維產(chǎn)品,主要產(chǎn)品型號包括SYT45S、SYT49S、SYT55S和SYM40等。2023年5月,神鷹西寧2.5萬噸碳纖維基地全面投產(chǎn),公司現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)模達2.85萬噸,位居世界第三。公司營業(yè)收入主要來自于碳纖維產(chǎn)品,2023年上半年中復神鷹營業(yè)收入10.56億元,同比增長22.39%。其中,碳纖維業(yè)務收入10.47億元,占總營業(yè)收入的99.14%,同比增長22.36%,保持高速增長態(tài)勢。
(2)威海光威復合材料股份有限公司
威海光威復合材料股份有限公司成立于1992年,隸屬于威海光威集團,是致力于高性能碳纖維及復合材料研發(fā)和生產(chǎn)的技術企業(yè)。公司以高端裝備設計制造技術為支撐,形成了從原絲開始的碳纖維、織物、樹脂、高性能預浸材料、復合材料制品的完整產(chǎn)業(yè)鏈布局,是目前國內(nèi)碳纖維行業(yè)生產(chǎn)品種最全、生產(chǎn)技術最先進、產(chǎn)業(yè)鏈最完整的龍頭企業(yè)之一,主要產(chǎn)品包括GQ3522/GQ4522/QZ5526/QM4035等系列產(chǎn)品。近年來,光威復材聚焦主業(yè),堅持以創(chuàng)新發(fā)展為目標,不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、豐富產(chǎn)品線,公司業(yè)績穩(wěn)步增長。2020-2022年,光威復材碳纖維及織物業(yè)務保持穩(wěn)定增長;2023年上半年,光威復材碳纖維及織物業(yè)務收入7.68億元,同比下降4.16%,主要系民用高性能碳纖維產(chǎn)品價格下降所致。
六、行業(yè)現(xiàn)狀
長期以來,我國碳纖維消費高度依賴進口,進口比例一度超過50%。然而,隨著國內(nèi)碳纖維技術的不斷進步和產(chǎn)能的持續(xù)擴張,這一局面正在逐步改變。近年來,吉林化纖、中復神鷹等國內(nèi)主要碳纖維生產(chǎn)廠商加大技術研發(fā)投入,提升生產(chǎn)工藝水平,實現(xiàn)了碳纖維的國產(chǎn)化替代。2022年我國碳纖維產(chǎn)量及需求量分別為4.5萬噸和7.44萬噸,同比分別增長80%和19%。盡管當前市場需求仍大于產(chǎn)量,但隨著國內(nèi)碳纖維產(chǎn)量的高速增長,這一差距正在逐步縮小。隨著國內(nèi)高品質(zhì)碳纖維的不斷突破和量產(chǎn),以及下游軍工、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領域的高速發(fā)展,我國碳纖維需求將持續(xù)增長,預計到2025年,國內(nèi)碳纖維需求總量將達到13.2萬噸,保持穩(wěn)定增長態(tài)勢。
七、發(fā)展因素
1、機遇
(1)碳基新材料迎來戰(zhàn)略機遇
“十四五”以來,國家陸續(xù)出臺多項有關新材料發(fā)展的政策文件,強調(diào)了新材料產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位,碳基新材料行業(yè)已然成為國家補短板的重要領域。對于包括碳纖維在內(nèi)的化工新材料行業(yè)來說,政策指引行業(yè)技術發(fā)展方向,繼而推動社會資本加大對碳纖維等新材料技術的創(chuàng)新研發(fā)投入,行業(yè)技術創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型升級活躍度快速升溫。
(2)航空航天需求持續(xù)擴大
碳纖維作為一種高性能材料,具有質(zhì)輕、高強度、耐腐蝕、抗疲勞等獨特屬性,使其在航空航天領域得到廣泛應用。由于航空航天器的重量直接影響到性能和效率,因此,使用質(zhì)輕的材料至關重要。碳纖維的質(zhì)輕性使得它成為制造各種航空航天設備的理想選擇,如飛機機身、火箭發(fā)動機殼體等。隨著碳纖維技術的不斷發(fā)展和其在航空航天領域中的廣泛應用,越來越多的飛機零部件開始采用碳纖維復合材料。因此,碳纖維在航空航天領域的應用前景廣闊。
(3)風電葉片需求維持高速增長
隨著國際風電主機廠將碳纖維拉擠板代工由歐洲轉(zhuǎn)向國內(nèi),風電葉片已經(jīng)成為國內(nèi)最大的碳纖維應用領域之一。近年來,風電市場發(fā)展迅速,全國風電累計裝機容量持續(xù)增長。數(shù)據(jù)顯示,全國風電累計裝機容量由2018年的1.84億千瓦增加至2023年的4.41億千瓦,年復合增長率達15.67%,保持高速增長。風電葉片作為風電設備的重要組成部分,風電裝機高速增長,對碳纖維的需求量也將持續(xù)增加,為國內(nèi)碳纖維企業(yè)帶來了新的發(fā)展機遇。
2、挑戰(zhàn)
(1)原材料價格波動風險加大
碳纖維原材料丙烯腈是石油化工產(chǎn)品,其市場價格受到國際石油價格波動的影響較大。近年來,全球能源類大宗商品市場供需格局日趨緊張,煤炭、石油、天然氣等能源價格寬幅震蕩,導致原材料丙烯腈的價格大幅波動。這種不穩(wěn)定性給碳纖維的生產(chǎn)帶來了一定的風險和不確定性,影響了行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
(2)技術研發(fā)和創(chuàng)新能力不足
技術研發(fā)和創(chuàng)新能力不足是碳纖維行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。碳纖維作為一種高科技材料,其生產(chǎn)技術和工藝非常復雜,需要大量的技術積累和研發(fā)投入。然而,目前國內(nèi)碳纖維企業(yè)的技術研發(fā)和創(chuàng)新能力相對較弱,與國際先進水平存在較大差距。特別是在高端產(chǎn)品領域,如高強高模碳纖維、高性能復合材料等。這導致國內(nèi)碳纖維產(chǎn)品在性能和質(zhì)量上難以滿足高端領域的需求,限制了行業(yè)的發(fā)展。
(3)產(chǎn)能過剩和市場競爭加劇
隨著碳纖維應用的不斷拓展,市場需求持續(xù)增長,碳纖維行業(yè)正迎來快速發(fā)展時期。在風電葉片、碳基復合材料、壓力容器等領域的推動下,國內(nèi)碳纖維企業(yè)紛紛加大產(chǎn)能擴張力度,市場競爭也日趨激烈。然而,一些企業(yè)在擴張產(chǎn)能時,缺乏科學規(guī)劃和合理布局,導致產(chǎn)能過剩和資源浪費。同時,產(chǎn)能過剩也加劇了市場競爭,容易引發(fā)企業(yè)之間的惡性競爭,影響整個行業(yè)的健康發(fā)展。
八、競爭格局
碳纖維屬于技術密集型、資金密集型產(chǎn)業(yè),具有產(chǎn)業(yè)鏈長、工藝技術復雜、研發(fā)周期長、資金投入量大、行業(yè)技術性強等特點,行業(yè)進入壁壘高。目前,國際市場主要被日本東麗、日本東邦、日本三菱麗陽以及美國赫氏等少數(shù)幾家公司壟斷。國內(nèi)生產(chǎn)研發(fā)碳纖維的企業(yè)主要包括中復神鷹、光威復材、吉林碳谷、吉林化纖、寶武碳業(yè)、中簡科技等。其中,中復神鷹、光威復材等企業(yè)技術實力較強,已經(jīng)能實現(xiàn)T700級、T800級和T1000級碳纖維規(guī)?;a(chǎn),產(chǎn)品性能逐漸能與國外產(chǎn)品比肩。這些企業(yè)在國內(nèi)碳纖維市場中占據(jù)主導地位。未來,隨著技術的不斷進步和市場需求的持續(xù)增長,國內(nèi)碳纖維企業(yè)將繼續(xù)加大技術創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)投入,提升自身實力和國際競爭力。同時,行業(yè)內(nèi)的兼并與重組也將進一步加速,推動產(chǎn)業(yè)集中度和整體水平的提升。
九、發(fā)展趨勢
碳纖維作為國家戰(zhàn)略重點發(fā)展行業(yè),未來市場前景廣闊。當前國內(nèi)碳纖維行業(yè)依然處于成長期,未來5-10年,伴隨生產(chǎn)成本下降、工業(yè)級應用場景打開,碳纖維行業(yè)有望實現(xiàn)快速增長。尤其在清潔能源裝備領域,隨著政策扶持力度進一步加大,風電葉片市場的增長將同步加大對碳纖維的使用需求。并且航空航天以及車載領域?qū)τ谳p量化的需求不斷擴大,碳纖維在飛機以及汽車上的使用比例將不斷提升。技術創(chuàng)新是行業(yè)發(fā)展核心動力,未來企業(yè)將加大技術研發(fā)投入,突破關鍵技術難題,提高自主創(chuàng)新能力,以適應不斷變化的市場需求,國產(chǎn)碳纖維的強度、模量、耐熱性等關鍵指標也將得到進一步優(yōu)化。
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碳纖維是一種由碳原子構成的纖維材料,具有輕量化、高強度和高剛度等特點。它由數(shù)以千計的碳纖維束組成,每根碳纖維束又是由數(shù)百到數(shù)千根碳纖維絲組成。碳纖維通常通過聚丙烯腈(PAN)纖維或煤焦油作為原料,經(jīng)過一系列的加工工藝制成。
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碳纖維屬于技術密集型、資金密集型產(chǎn)業(yè),具有產(chǎn)業(yè)鏈長、工藝技術復雜、研發(fā)周期長、資金投入量大、行業(yè)技術性強等特點,行業(yè)進入壁壘高。碳纖維是擁有廣泛應用前景的基礎性新材料,廣泛應用于航空航天、風電光伏、休閑體育等行業(yè)。
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碳纖維是一種集結(jié)構材料與功能材料與一身、具有多種優(yōu)異性能,擁有廣泛應用前景的基礎性新材料,廣泛應用于航空航天、風電光伏、休閑體育等行業(yè)。受下游行業(yè)高需求影響,碳纖維吸引了多家企業(yè)布局投資,行業(yè)整體競爭加大。