一、中國PAN 基碳纖維市場現狀分析

　　2015 年全球PAN 基碳纖維的市場需求量約7.44 萬噸，以約12%的年均增長率不斷擴大，其中風電占比約24%，航空航天占比約22%，體育休閑占比約15%，汽車占比約 12%。未來隨著風力發電、汽車工業、飛機制造、高壓容器等產業需求的大幅增長，預計到2018 年，全球PAN 基碳纖維的需求量將達到10 萬噸以上，到2020 年市場需求預計將達13 萬噸。根據行業媒體分析，到2022 年，全球72%的碳纖維將在各個行業普及應用，其中23%用于汽車，21%用于風能。

未來全球碳纖維市場需求量預測

2015 年全球碳纖維需求量

2015 年全球碳纖維需求分布

2015 年不同應用領域碳纖維市場需求量和金額

　　通過對比2015 年不同領域碳纖維市場需求量和金額可以發現，由于單位碳纖維價格存在較大差異，高端領域航空航天占盡了行業的“油水”，以22%的市場份額占到39%的市場金額。因此對于中國碳纖維市場需求的理想模式是：航空航天用碳纖維占到企業銷售的20%，利潤占到80%，而工業用碳纖維銷售占80%，利潤占20%。從總體上看，PAN 基碳纖維需求依然集中在航空航天、工業用途和體育休閑三大市場，但今后增長最快的領域是汽車工業，預期至2020 年其需求將達到2.2 萬噸，年均增速約21%，相當于當年航空航天與軍工的需求量的總和。工業用途中，壓縮天然氣瓶、氫氣瓶和大型氫氣儲罐以及大型風力發電葉片和海上風電葉片將會是今后市場的主要發展方向。2011 年起全球風電市場恢復強勁增長，2017 年-2020 年將以 11%增長。新興應用領域的不斷拓展，使全球碳纖維及增強復合材料的需求量大幅增加。據有關專家預測，從2011 年到2020 年，碳纖維整體市場增速為12％，其中航空航天領域增速為15％，工業領域增速為18％，體育休閑領域增速為9％，航天航空領域與工業應用領域增速明顯，體育休閑領域趨于飽和。

全球碳纖維分領域需求情況預測

　　2014 年全球碳纖維在航空航天、工業應用、體育休閑三大領域的應用比例為 22: 62: 16，預計 2020 年將變為 20: 75: 5。在全球范圍內，碳纖維復合材料總量的 50%以上應用于工業領域，特別是在風電葉片和汽車領域，體育休閑用品所消耗的碳纖維復合材料占比不到20%，并呈逐年下降之勢。從應用領域來看，美國應用重點在航空航天，歐洲重點在工業應用，亞洲偏重于體育休閑。

2014 年全球碳纖維市場需求分布占比

2020 年全球碳纖維市場需求分布占比

　　2015 年國內PAN 基碳纖維市場需求為1.68 萬噸，隨著我國航天航空和工業制造的不斷發展，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2.9 萬噸，年均增長速率約12.5%。

未來國內碳纖維市場需求量預測

2014 年國內碳纖維在航空航天、工業應用和體育休閑三大領域的用量比例是4%、29%和67%，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，缺乏配套的材料，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。

　　目前碳纖維最富有前景的應用領域是工業應用，如汽車工業，應用碳纖復合材料可以減輕重量，節約能源，增加可靠性; 風力發電是能源領域增長最快的，其葉片使用碳纖維量可觀；用碳纖維加固、修復混凝土基礎設施已經是一項新技術，市場前景十分廣闊。隨著汽車輕量化和風力發電等領域的不斷發展，我國的碳纖維在工業領域的應用將越來越多，預計到2020 年國內工業領域的碳纖維需求份額將增長到50%。

2015 年我國碳纖維需求

2015 年我國碳纖維需求分布

碳纖維三大應用領域國內外成熟度對比

2014 年國內碳纖維市場需求分布占比

2020 年國內碳纖維市場需求分布占比

　　近年，我國碳纖維市場進口產品以碳纖維、碳纖維布、預浸料及制品為主，據我國海關統計數據：2014 年我國碳纖維及制品進口量為11726.9 噸，貿易方式以加工貿易為主占59.5%，以進料加工為主占57.2%，一般貿易占35.7%。日本仍是最大的進口國，2014 年進口量為5747.1噸，占進口量的53.1%；從韓國進口的碳纖維及制品已超過臺灣地區，上升到第二位，2014 年進口量為 1646.0 噸，已占進口總量的14%，原因是韓國曉星和東麗尖端材料(韓國)公司的相繼投產，導致韓國進口量大幅增長，其后依次為臺灣地區、土耳其、匈牙利、美國等。

　　2014 我國碳纖維消耗量為13753 噸，約85%依賴進口。從 2014 年進口產品應用分類來看，體育休閑類產品占進口量的45.6%，工業應用占26.3%，航空航天領域占 4.7%。體育休閑和工業領域是進口碳纖維及其制品應用的主要去向，其中工業應用領域份額逐年擴大，未來將是碳纖維主要的應用方向。

2010 年-2014 年我國進口碳纖維及制品應用情況

2014 年我國進口碳纖維應用分布占比

二、碳纖維主要應用領域

1、到2015 年航空航天用碳纖維比2011 年增長約 109%達到16 千噸，預計到2020 年達到27 千噸。碳纖維將在航空航天領域以多種應用趨勢成為噴氣飛機發動機、渦輪發動機、渦輪等主要的結構材料。統計顯示，碳纖維復合材料在小型商務機和直升飛機上的使用量占 70% -80%，軍用飛機占30% - 40%，大型客機占15% - 50%。美國軍用飛機AV-8B 改型“鷂”式飛機所用碳纖維約占飛機結構重量的26%，使整機減重9%。我國直-9 型直升機復合材料占60%，主要是碳纖維復合材料。日本OH-1“忍者”直升機，機身40%是碳纖維復合材料，槳葉也是碳纖維復合材料。

民用領域，世界最大飛機歐洲空客A380 使用的復合材料是結構重量的25%，碳纖維復合材料占結構重量的22%；空客A350 碳纖維復合材料的占比達到了52%；美國波音B787 復合材料質量比例高達50%，機身、尾翼采用碳纖維層合結構，升降舵、方向舵保留碳纖維夾芯結構; 波音777 客機全機碳纖維用量在7 噸左右; 正在推出的波音B777X 碳纖維復合材料占比也超過了50%，減重效果可節省大約20%的燃料；中國商飛C919 第一階段采用10% - 15%的碳纖維復合材料，第二階段將采用23% - 25%碳纖維復合材料，與俄羅斯合作的C929 預計將達到50%。C919 要與波音和空客競爭，減重是必然選擇，而碳纖維是減重的不二之選。

國外大型民用飛機碳纖維復合材料占比

波音787 和空客A380 碳纖維復合材料應用情況

宇航工業上，碳纖維多用作導彈防熱材料及結構材料，如導彈發射筒、固體火箭發動機( 殼體、噴管與連接部件)、導彈鼻錐與大面積防熱層；衛星的構架、天線、太陽能翼片底板、衛星-火箭結合部件; 航天飛機與高速飛行器的機頭、機翼前緣和艙門、大面積防熱蓋板等制件的抗氧化材料。航天飛行器的重量每減少1 kg，就可使運載火箭減輕500 kg。采用碳纖維復合材料將大大減輕火箭和導彈的惰性重量，減輕發射重量，節省發射費用或攜帶更重的彈頭或增加有效射程和落點精度。

全球碳纖維航空航天市場需求量

2015 年全球碳纖維航空航天市場需求分布

　　2、2015 年全球體育體閑領域的碳纖維需求量達到了11.5 千噸，占世界碳纖維總需求量的15%左右，預計未來幾年該領域碳纖維需求量的年均增速約為9%。體育休閑是我國碳纖維的主要消費領域，年消耗量約5000 噸，約占碳纖維市場的18% - 20%，2007 年-2014 年間的年均增長率保持在3%左右。

　　碳纖維復合材料在高爾夫球桿、網球拍、釣魚竿、自行車、賽車、滑雪板等高檔文體用品中廣泛應用，碳纖維復合材料制作的高爾夫球桿比金屬桿減重近 50%。2009 年浙江力霸皇集團有限公司生產的一體式競賽型碳纖維自行車較鋁材減重40 %。釣魚竿、羽毛球拍、滑雪板、高爾夫球桿等體育用品的碳纖維67%是大絲束，隨著大絲束價格的降低和性能提高，碳纖維使用量還將繼續增加。

全球碳纖維體育休閑市場需求量

2015 年全球碳纖維體育休閑市場需求分布

　　3、目前，全球生產的石油70% - 80%被用作汽車燃油，減少汽車燃油用量是改善全球氣候問題的重要組成部分，世界多個國家和地區已經對汽車二氧化碳排放量進行了嚴格限制。美國國家高速公路管理局（NHTSA）已經在著手對乘用車及輕型載貨汽車公司平均燃料經濟性（CAFE）標準進行改革，2015 年CAFE 標準要求汽車制造商燃效值達到35.5 英里/加侖，這一指標到2025 年將逐步颯升至54.5 英里/加侖，幾乎是當前的2 倍。歐盟的汽車二氧化碳排放量限制標準則要求乘用車二氧化碳排放量從目前的130 g/km 減少到2020 年的95 g/km。

　　我國在節能減排、油耗標準方面的法規越來越嚴，并陸續推出了一系列節能惠民政策。例如，2015 年CO2 排放為155 g/km，2020 年需降至112 g/km；2015 年平均油耗為6.9 L/(100 km)，2020 年需減至5.0 L/(100 km)；2015 年節能惠民補貼的油耗標準為5.9 L/(100 km)，2020 年降至4.5 L/(100 km)。

　　實現汽車節能減排主要有四條途徑：1、改善發動機，提高燃油效率，此方法減排效果最明顯，但技術難度大、耗資多，對汽車產業鏈帶動不明顯；2、采用輕量化技術和材料，此方法效果好，易實現，可以帶動原材料和零部件等汽車產業上下游的發展；3、提高汽車空氣動力學性能，降低滾動阻力，該方法適合于賽車類的部分車型；4、提高動力傳動效率，減小能量專遞損失，但損失不可避免，此方法節能效果一般。

　　可見，輕量化技術是汽車降低油耗、減少排放、提高新能源汽車續航里程最有效工程途徑之一，而采用高性能纖維增強復合材料部分代替傳統金屬材料是目前汽車實現輕量化最有效的方法。研究顯示，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%，而汽車整車質量減少100kg，油耗降低(0.3-0.6) L /(100 km)，加速性能提升8%-10%，制動距離縮短2-7 m。隨著新能源汽車的發展，新的能源系統帶來的車身重量顯著增加，以純電動汽車電池系統的重量為例，普通電池系統凈增加整車質量250-400 kg。因此，汽車輕量化發展勢在必行。

　　碳纖維復合材料用于汽車輕量化的優勢在于其比強度和比模量高，密度小，在等剛度或等強度下，相比于鋼可減重50%以上，相比于鎂鋁合金可減重30%左右；高強抗沖擊性和極佳能量吸收能力（比金屬材料高4-5 倍），安全性能更佳；鋼和鋁的疲勞強度一般為抗拉強度的30%-50%，而碳纖維復合材料可達70%-80%，抗疲勞性能優異；吸振能力強，振動阻尼高，同種條件下輕合金停止振動需9s，而碳纖維復合材料僅需2s；結構整體成型，可設計性強等等。因此，碳纖維復合材料汽車輕量化技術不僅能實現節能減排，還能提高車輛的安全可靠性、加速性能、靈敏性、穩定可控性等，是汽車輕量化技術的主流趨勢。

　　2015 年全球碳纖維汽車市場需求量達到了8700 多噸，預計到2020 年將超過2 萬噸，未來五年年均增速高達21%，將成為增長最快和需求最大的領域之一。隨著碳纖維技術的進步，材料成本價格將逐步降低，性價比的提高使得碳纖維材料應用在未來將不在局限于高檔、豪華車型，在未來數年的時間里會逐步向一般車型發展。據日本金沢工業大學預測，未來10 年全球汽車市場將大幅增長，2025 年全球汽車產量將達到1.5 億輛，這將是復合材料邁進汽車輕量化市場的大好機會。

全球碳纖維汽車市場需求量

碳纖維在汽車上的應用實例

2015 年我國汽車產銷總體平穩增長，汽車全年產量為2450.33 萬輛，同比增長3.3%，全年銷量為2459.76 萬輛，同比增長4.7%，連續7 年蟬聯全球第一，創歷史新高，預計2016 年銷售增長率為6.5%，汽車銷量或達2620 萬輛。新能源汽車領域表現搶眼，2015 年我國新能源汽車產量達34.05 萬輛，銷量33.11 萬輛，同比分別增長3.3 倍和3.4 倍，超過美國一躍成為全球最大的新能源汽車市場，預計2016 年新能源汽車產量可達57 萬輛，同比增長67%。我國汽車領域的發展為國內汽車輕量化提供了廣闊的市場空間。

最近七年我國汽車產銷量情況

4、2015年全球的風電新增裝機容量首次突破60000 MW，達到了63013 MW，同比增長22%。全球風電累計裝機容量達到432419 MW，累計同比增長17%。據歐洲風能協會預測，到2020年全球風電裝機將占總電量的12%，風力發電已從“補充能源”向“戰略替代能源”轉變。未來風力發電將向大功率、長葉片、輕量化方向邁進，當風力機超過3 MW、葉片長度超過40 米時，碳纖維己成為必然選擇。

未來風電領域發展趨勢

　　風電設備的葉片、機艙罩是采用復合材料的主要部位，碳纖維復合材料葉片是風機輕量化及大型化的必然趨勢。一臺風機按12 噸計算，碳纖維用量0.6 噸/片，則風機消耗碳纖維 1.8噸/臺。“十一五”期間，我國建成了30 個100 MW 級的風電項目，實現了30000 MW 的中長期發展目標，新增裝機約6000 臺/年，碳纖維需求量10800 噸/年。2015 年我國風電新增裝機容量為30500 MW，同比增長31.5%，累計裝機容量達到145104 MW，同比增長26.6%。如果以2 MW 的碳纖維風力電機進行估算，2015 年新增風力電機15250 臺，則碳纖維容量可達2.7萬噸，市場潛力巨大。而2016 年后，我國風電領域將繼續保持較快增長，為碳纖維行業的發展提供了強有力的保障。

2015 年全球風電新增裝機容量分布

2015 年全球風電新增裝機容量分布占比

2015 年全球風電累計裝機容量分布

2015 年全球風電累計裝機容量分布占比

隨著風機葉片的加長，玻璃纖維復合材料葉片已不能滿足性能要求，大絲束碳纖維復合材料葉片不僅在風機強度和剛度等力學性能方面都滿足要求，而且輕量化、耐腐蝕的特征也成為海上風能葉片的需求。國外已展開大絲束碳纖維風電葉片的應用，維斯塔斯（Vestas）生產的V-90 型3.0 MW 風機葉片與玻璃纖維相比減重32%，成本下降16%。歌美颯（Gamesa） 生產的長達44 m 的2.0 MW 風機葉片采用碳纖維/環氧樹脂預浸料，質量僅7000 kg。南通東泰生產的2 MW 碳纖維風機葉片主梁，既保證葉片高強度，又順應了大型化、輕量化方向。荷蘭戴爾佛理工大學研制的直徑120 m 風機葉片，梁結構采用碳纖維重量減輕40%。

全球碳纖維風電葉片市場需求量

目前碳纖維主要應用在風機的主梁結構，未來3 年風機功率將從2 MW 向5 MW 過渡，而主梁會采用碳纖維/玻璃纖維混合的方式以實現性價比最大化。

碳纖維在風機葉片中的應用實例

　　5、80 年代初在歐美、日本和澳大利亞等國開始大力研究與應用，主要在橋梁、海工構筑物、非磁性建筑物等工程方面，其中橋梁方面應用較多。我國在1996 年前后開始研究應用，主要有碳纖維復合材料片材、筋及型材、預應力索、拉索、吊桿等，因其良好的抗疲勞性，在大跨度索橋、系桿拱橋中廣泛應用。用碳纖維管制作的桁梁構架屋頂，比鋼材輕50%左右，而且碳纖維做補強混凝土結構時，不需要增加螺栓和鉚釘固定，對原有混凝土結構擾動較小，施工簡便。

全球碳纖維建筑及加固補強市場需求量

　　6、混配模成型（Molding & Compound）嚴格講不是一個應用市場，而是指一種成型工藝但由于這種工藝涉及的應用面廣，所以把它歸類成一個應用分類。混配（Compound）主要是指非連續碳纖維增強塑料。主要以磨粉、短切和長碳纖維形態增強塑料基體，用于提升復合材料制品的力學性能、靜電性能、電磁屏蔽性能以及熱性能。通過雙螺桿的混配，預成型增強塑料顆粒，再通過注塑或模壓工藝做成零件，廣泛應用于電子電氣、辦公設備、體育休閑、交通工具等。

　　模成型（Molding）主要是指片狀模塑料（Sheet Molding Compound，SMC）和團狀模塑料（Bulk Molding Compound，BMC）。這類材料是纖維與熱固性基體混配后形成的，再通過模壓工藝完成零件制造。制品廣泛應用于汽車、電子電氣、化工裝備、船舶等領域，通常是成型形狀比較復雜的零件。

　　非連續碳纖維復合材料在滿足制成品力學性能的前提下，以犧牲部分碳纖維性能為代價，換取和實現了優良的成型工藝、低成本和高產能，從而更好的滿足了工業領域對產品高性價比的市場需求。

非連續碳纖維原料及其混配模成型制品

全球碳纖維混配模成型市場需求量

　　7、2014 年，壓力容器市場最大的看點是豐田宣布燃料電池企業的量產化，由此將帶來高壓氫氣瓶對碳纖維的需求。與此同時，無論是氫氣的存儲、轉運和加氣站的容器，都將對碳纖維的需求產生拉動作用。

　　另一個正在歐美興起的市場，是頁巖氣的收集和轉運到液化站大型容器的需求。有些在資源儲量達不到架設管道的氣田，就需要高壓容器收集后對這些氣體進行輸送。這個市場的興起，無疑也會帶動對碳纖維需求的增長。

全球碳纖維壓力容器市場需求量

8、目前，船舶領域市場對碳纖維的需求主要是競賽類船舶及附件，超豪華游艇及軍事用途的船舶，以及各類船舶的桅桿。對于競賽類船舶，減輕質量的價值相當巨大，據國外同行透露，每減輕1 kg 價值1 萬美元。隨著我國水上競技項目的發展以及公眾的跟隨效應，將對碳纖維形成新的需求。全球各大海軍強國加強了對碳纖維復合材料的使用，我國海軍也不例外。希望以此能拉動更多的碳纖維需求。

全球碳纖維船舶市場需求量

　　三、碳纖維技術專利分析

　　由于全球碳纖維領域的關鍵技術一直被日本和美國的公司所壟斷，一定程度上影響了碳纖維領域專利數量的進一步增長，但隨著碳纖維在電纜、風力發電、交通用品、航空航天用品等領域的廣泛應用，越來越多的國家開始重視碳纖維領域的研究，碳纖維領域專利數量增長速度從2007 年開始大幅提高，于2014 年超過6000 件/年，創歷史新高。

2005 年-2015 年全球碳纖維專利數量