碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量、密度低、無蠕變、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、非氧化環(huán)境下耐超高溫、耐疲勞性好等特性，不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維，被稱為21世紀(jì)的“黑色黃金”。碳纖維及其復(fù)合材料已在軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，涉及航天、航空、汽車、電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品。 目前，工業(yè)化生產(chǎn)碳纖維按原料路線可分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維三大類。由粘膠纖維制取高力學(xué)性能的碳纖維必須經(jīng)高溫拉伸石墨化，碳化收率低，技術(shù)難度大，設(shè)備復(fù)雜，成本較高，產(chǎn)品主要為耐燒蝕材料及隔熱材料所用；由瀝青制取碳纖維，原料來源豐富，碳化收率高，但因原料調(diào)制復(fù)雜、產(chǎn)品性能較低，亦未得到大規(guī)模發(fā)展；由聚丙烯腈纖維原絲制得的高性能碳纖維，其生產(chǎn)工藝較其他方法簡單，而且產(chǎn)品的力學(xué)性能優(yōu)良，用途廣泛，因而自20世紀(jì)60年代問世以來，取得了長足的發(fā)展，其產(chǎn)量約占全球碳纖維總量的90%以上，成為當(dāng)今碳纖維工業(yè)生產(chǎn)的主流。

碳纖維按性能可分為通用型、高強(qiáng)型、中模高強(qiáng)型、高模型和超高模型碳纖維。日本東麗公司由于其碳纖維領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，其產(chǎn)品代號(hào)成為業(yè)界通用指標(biāo)，一般分為高強(qiáng)“T”系列和高模“M”系列，例如 T300、 T400、 T700、 T800、 T1000、 T1100以及M30、M40、M50、M60等，數(shù)字越大對(duì)應(yīng)的性能等級(jí)越高。

碳纖維根據(jù)絲束大小主要分為大絲束碳纖維和小絲束碳纖維，目前認(rèn)為單束超過24K（K指每束碳纖維含1,000根單絲）的碳纖維為大絲束，反之為小絲束。小絲束碳纖維性能優(yōu)異，用于航空航天領(lǐng)域，又被稱為“宇航級(jí)”碳纖維，而大絲束碳纖維被稱為“工業(yè)級(jí)”碳纖維，性能相對(duì)較差，但生產(chǎn)成本較低。全球小絲束碳纖維主要被日本控制，集中在東麗、東邦和三菱公司，大絲束碳纖維以歐美企業(yè)為代表，主要生產(chǎn)廠商有美國卓爾泰克（Zoltek）和德國西格里（SGL），2014年日本東麗完成了對(duì)美國卓爾泰克的收購，行業(yè)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)更進(jìn)一步。

PAN基碳纖維制備涉及非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，主要包括原液聚合、原絲制備、原絲預(yù)氧化和碳化四個(gè)階段。每個(gè)階段涉及多個(gè)工藝參數(shù)，并伴有物理化學(xué)變化和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，涉及高分子化學(xué)和物理以及材料科學(xué)、高溫冶煉等多個(gè)學(xué)科，可謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。

PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝流程

碳纖維復(fù)合材料得以在航空航天工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用，不僅因?yàn)樗�能夠�(qū)崿F(xiàn)減輕飛行器重量、節(jié)約能源、增強(qiáng)巡航能力的目標(biāo)，還要?dú)w功于它擁有較高的比強(qiáng)度和耐腐蝕、抗疲勞等理化特性。

一、中國碳纖維市場需求預(yù)測(cè)及產(chǎn)能分析

2014年全球碳纖維需求量約5.4萬噸，2015年達(dá)7.4萬噸，未來隨著碳纖維復(fù)合材料成型技術(shù)的不斷發(fā)展，下游應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓，尤其是航空、汽車、風(fēng)電葉片的強(qiáng)勁增長以及其帶動(dòng)作用，未來碳纖維需求量年均增長率將超過10%。2020年將超過13萬噸。國內(nèi)2015年碳纖維需求量為1.7萬噸，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到3萬噸左右，復(fù)合年增長率約11%。

全球碳纖維需求（千噸）

中國碳纖維需求（噸）

技術(shù)落后，全行業(yè)普遍虧損。我國碳纖維研發(fā)始于上世紀(jì)60年代，幾乎和日美等過同時(shí)起步，但由于種種原因，相關(guān)研發(fā)項(xiàng)目被叫停。而日美等國對(duì)核心技術(shù)的壟斷與封鎖，使我國碳纖維生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平整體落后于國外，無法滿足國家重大裝備等高端領(lǐng)域的需求。產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝不成熟是導(dǎo)致目前碳纖維產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的主要原因。國外碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)向高模、高強(qiáng)技術(shù)和低成本、大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的趨勢(shì)。國內(nèi)碳纖維普遍存在單線生產(chǎn)能力小、能耗高、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度低等問題。能耗和輔助材料消耗大，生產(chǎn)成本高，限制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 近幾年，國內(nèi)資本盲目涌入碳纖維領(lǐng)域，忽視碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，低水平重復(fù)建設(shè)導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)集中度較低的格局，具體表現(xiàn)為低水平、同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重；企業(yè)單條生產(chǎn)線規(guī)模小，大部分企業(yè)僅有百噸級(jí)生產(chǎn)能力；技術(shù)裝備以及下游產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用等方面與國外先進(jìn)水平存在明顯差距等。2015年國內(nèi)碳纖維理論產(chǎn)能約2.4萬噸，然而產(chǎn)能利用率不足20%。一方面國內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)單線產(chǎn)能僅為百噸級(jí)，無法形成規(guī)模效應(yīng)，成本居高不下，國內(nèi)僅有中復(fù)神鷹、恒神股份等少數(shù)企業(yè)具有千噸級(jí)生產(chǎn)線，相比而言，國際最大的單線能力為2700噸/年，平均單線產(chǎn)能也達(dá)到1800噸，一般認(rèn)為千噸級(jí)生產(chǎn)線相比百噸級(jí)生產(chǎn)成本降低30%左右。另一方面，碳纖維價(jià)格長期受到打壓，例如國產(chǎn)T300碳纖維實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)后，國外將T300價(jià)格下降到12萬/噸，我國部分企業(yè)可生產(chǎn)T700后，國外T700價(jià)格下降到不到20萬/噸，低于國內(nèi)制造成本，使得國內(nèi)碳纖維企業(yè)長期處于虧損狀態(tài)。

2015中國碳纖維理論產(chǎn)能-前十制造商（噸）

2015大中華區(qū)碳纖維需求-應(yīng)用（噸）

應(yīng)用領(lǐng)域集中于低端體育休閑市場，高端應(yīng)用能力欠缺，大量依賴進(jìn)口。由于我國碳纖維性能較差，成本居高不下等問題，使得碳纖維應(yīng)用市場主要集中于體育休閑等低附加值領(lǐng)域。2015年我國碳纖維需求量1.7萬噸，其中近60%應(yīng)用于體育休閑，汽車、航空航天等高端應(yīng)用領(lǐng)域基本處于空白狀態(tài)。同時(shí)國內(nèi)自主提供的碳纖維僅3000多噸，80%以上依賴進(jìn)口。

國內(nèi)碳纖維與東麗對(duì)比

目前，國內(nèi)T300級(jí)碳纖維性能達(dá)到國際水平，已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，主要應(yīng)用于低端體育休閑等領(lǐng)域；T700級(jí)碳纖維已建成千噸級(jí)生產(chǎn)線，產(chǎn)品進(jìn)入應(yīng)用考核階段，低成本干噴濕紡T700級(jí)碳纖維已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)；中復(fù)神鷹國內(nèi)首條千噸級(jí)T800原絲生產(chǎn)線于今年上半年投產(chǎn)，但國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)技術(shù)與國外相比仍存在較大差距。 2015年國內(nèi)碳纖維需求量達(dá)到1.7萬噸，而目前國內(nèi)自主提供僅3000多噸，80%以上需要以來進(jìn)口，存在巨大的進(jìn)口替代空間。 其次，碳纖維是軍民兩用新材料，屬于技術(shù)密集型和政治敏感的關(guān)鍵材料。以前，以美國為首的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)（COCOM），對(duì)當(dāng)時(shí)的社會(huì)主義國家實(shí)行禁運(yùn)封鎖政策，1994年3月，COCOM 雖然已解散，但禁運(yùn)封鎖的陰影仍籠罩在上空，先進(jìn)的碳纖維技術(shù)仍無法引進(jìn)，特別是高性能PAN 基原絲技術(shù)，即使我國進(jìn)入WTO，形勢(shì)也未發(fā)生大的變化。T700級(jí)以上碳纖維由于在軍事戰(zhàn)機(jī)等軍工領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，國外對(duì)國內(nèi)采取嚴(yán)格的軍事禁運(yùn)管理。因此高性能碳纖維的國產(chǎn)自主化生產(chǎn)是唯一途徑。

此前，由于國內(nèi)碳纖維技術(shù)發(fā)展緩慢，國內(nèi)碳纖維企業(yè)的主要精力集中于T700、T800等高性能碳纖維的技術(shù)突破和穩(wěn)定化生產(chǎn)的研究。而縱觀碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈，隨著產(chǎn)品向下游開發(fā)，尤其是應(yīng)用于航空航天等高精尖領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料的價(jià)格大幅提升，從碳纖維到復(fù)合材料制品具有幾十倍的增值空間。碳纖維原絲的售價(jià)約40元/公斤，碳纖維約200元/公斤，預(yù)浸料約600元/公斤。制作成復(fù)合材料后，民用復(fù)合材料售價(jià)約1,000元/公斤，汽車復(fù)合材料約3,000元/公斤，航空復(fù)合材料約8,000元/公斤。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料的銷售收入已達(dá)到139億美元。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品價(jià)格

目前隨著國內(nèi)高性能T700級(jí)碳纖維實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，已經(jīng)具備向下游高附加值領(lǐng)域應(yīng)用延伸的基礎(chǔ)。康得新、恒神股份等企業(yè)紛紛布局碳纖維全產(chǎn)業(yè)鏈，未來發(fā)展方向逐漸向下游應(yīng)用端傾斜。10月12日，全國最大的大絲束碳纖維項(xiàng)目在吉林化纖集團(tuán)開工,由吉林化纖集團(tuán)、浙江精功集團(tuán)和紹興眾富控股共同出資組建合資公司推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè),項(xiàng)目規(guī)劃總投資18億元,規(guī)劃產(chǎn)能1.2萬噸/年大絲束碳纖維生產(chǎn),此次項(xiàng)目一期規(guī)劃2000噸/年大絲束碳纖維產(chǎn)能,計(jì)劃將于2017年10月1日建成投產(chǎn)。此項(xiàng)目填補(bǔ)了國內(nèi)大絲束碳纖維空白，有利于降低碳纖維生產(chǎn)成本，加快碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用步伐。

二、中國碳纖維細(xì)分領(lǐng)域市場需求預(yù)測(cè)

民用航空工業(yè)中，碳纖維復(fù)合材料自20世紀(jì)70年代首次被應(yīng)用在飛機(jī)上的一些二級(jí)結(jié)構(gòu)，如整流罩、控制儀表盤和機(jī)艙門；近三十年來，隨著高性能碳纖維和預(yù)浸料-熱壓罐整體成型工藝的成熟，碳纖維復(fù)合材料的使用逐步進(jìn)入到機(jī)翼、機(jī)身等受力大、尺寸大的主承力結(jié)構(gòu)中。例如，目前世界最大的客機(jī)——空客A380機(jī)身重量的22%為碳纖維復(fù)合材料，并將其成功應(yīng)用于機(jī)翼與機(jī)身主體結(jié)構(gòu)連接處中央翼盒，僅此一項(xiàng)就比鋁合金材料減重1.5噸，燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于競爭機(jī)型約13%，大大降低了運(yùn)營成本；波音公司的B787“夢(mèng)想飛機(jī)”，復(fù)合材料應(yīng)用率達(dá)到50%，是第一個(gè)同時(shí)采用高性能碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼和機(jī)身的大型商用客機(jī)；我國國產(chǎn)大型客機(jī)中國商飛C919的機(jī)尾和側(cè)翼也采用了碳纖維復(fù)合材料，占整機(jī)質(zhì)量的12%，該型號(hào)客機(jī)目前訂單數(shù)量已超過400架。

2015年航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求量達(dá)到1.60萬噸，其中僅商用飛機(jī)的需求即占68%的比例，是目前航空工業(yè)中對(duì)碳纖維需求最大的市場。結(jié)合全球碳纖維發(fā)展情況和航空航天領(lǐng)域?qū)μ祭w維的需求情況，2020年需求量可能達(dá)到2.7萬噸。軍用飛機(jī)和商用飛機(jī)的需求在2011年為7,010噸，到2015年增長至13,090噸，年均復(fù)合增長率為16.9%，預(yù)計(jì)到2020年需求量將增至19,600噸，年均復(fù)合增長率為8.4%。

2015年航空航天碳纖維需求分布

航空航天碳纖維需求趨勢(shì)（噸）

2015年全球汽車總銷量為8,910萬輛，相比2014年的8,717萬輛增幅為2.2%，預(yù)計(jì)2020年產(chǎn)能將達(dá)到1億輛。2015年全球碳纖維汽車市場需求量達(dá)到了8700多噸，預(yù)計(jì)到2020年將超過2萬噸，未來五年年均增速高達(dá) 21%，將成為增長最快和需求最大的領(lǐng)域之一。隨著碳纖維生產(chǎn)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，其生產(chǎn)成本將會(huì)進(jìn)一步降低，使其在汽車工業(yè)的大規(guī)模量產(chǎn)成為可能。

汽車領(lǐng)域碳纖維需求趨勢(shì)（噸）

政府制定嚴(yán)格的車輛燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和二氧化碳排放法規(guī)是新能源汽車選擇碳纖維復(fù)合材料的重要推手。日本已經(jīng)提出了至2020年的輕型汽車燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)到2020年，乘用車平均燃料經(jīng)濟(jì)性水平達(dá)到20.3 km/L，與2009年的16.3 km/L相比，燃料消耗量下降約20.3%。歐盟于2009年通過強(qiáng)制性的法律手段取代自愿性的CO2減排協(xié)議，在歐盟范圍內(nèi)推行汽車燃料消耗量和CO2限值要求和標(biāo)示制度，要求到2015年和2020年乘用車CO2排放分別達(dá)到130g/km和95g/km的目標(biāo)。美國于2010年4月和2012年8月分別發(fā)布了針對(duì)2012-2016（第一階段）和2017-2025（第二階段）的輕型汽車燃料經(jīng)濟(jì)性及溫室氣體排放規(guī)定，要求2025年美國輕型汽車的平均燃料經(jīng)濟(jì)性達(dá)到54.5mpg。我國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)。

主要國家和地區(qū)燃料消耗量標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)對(duì)比

風(fēng)力發(fā)電是世界可再生能源增長最快的領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電葉片被普遍認(rèn)為是高性能碳纖維最重要的增長市場，特別是制造超大型風(fēng)電機(jī)組所需葉片（2.5MW風(fēng)電機(jī)組葉片長度達(dá)到40m，5MW的風(fēng)電機(jī)組的葉片長度在60m以上），必須使用輕而強(qiáng)、剛而硬的高性能碳纖維復(fù)合材料，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)避免葉片在風(fēng)載作用下發(fā)生大變形甚至撞擊風(fēng)車支柱。風(fēng)電機(jī)組的大型化和海上化都將極大地拉動(dòng)對(duì)碳纖維葉片的需求增長。

在國外，主要葉片制造廠家，如VESTAS，GEMESA-SIEMENS，NORTEX，GE和LX，已采用碳纖維材料制造葉片，例如丹麥LM公司61.5m長的5MW風(fēng)機(jī)葉片中，在橫梁和翼緣等要求較高的部位使用碳纖維作為增強(qiáng)材料，單片葉片質(zhì)量17.7 t；Vestas在為V90型3.0MW風(fēng)機(jī)配套的44m系列葉片主梁上野使用了碳纖維，葉片自重只有6t，與V80型2MW,39m葉片自重一樣。海上化的風(fēng)力發(fā)電在要求葉片長度增加的同時(shí)，還要求葉片具有良好的抗腐蝕性與抗疲勞性，這些都是碳纖維葉片的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。由此觀之，高速擴(kuò)張的大型風(fēng)機(jī)市場將為碳纖維風(fēng)力葉片的發(fā)展提供廣闊的增長空間。

2015年年底，全球風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到432.42GW，累計(jì)年增長率為17%。2015年碳纖維在風(fēng)能上的應(yīng)用為17000噸，預(yù)計(jì)2020年達(dá)到30000，年均復(fù)合增長率為8.1%。中國累計(jì)裝機(jī)容量為145.1GW超過歐盟地區(qū)的141.6GW的裝機(jī)總量。新增安裝風(fēng)電基組16740臺(tái)，新增裝機(jī)容量為30.75GW，同比增長32.6%，呈現(xiàn)高速增長的態(tài)勢(shì)。2015年風(fēng)電葉片市場碳纖維需求量約1.8萬噸，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到3.1萬噸。

風(fēng)電葉片市場需求趨勢(shì)（噸）

采用碳纖維復(fù)合材料纏繞而成的氣瓶，有質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)、抗爆性能好、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前，大多數(shù)常用的壓力容器為鋼制，在力學(xué)性能方面有較大局限性；對(duì)于高壓容器來說，只能靠增加壁厚來提高承載性能。而新型碳纖維復(fù)合材料壓力容器，采用很薄的金屬或非金屬內(nèi)膽，采用比強(qiáng)度較高的碳纖維纏繞而成，在提高壓力氣瓶承載能力的同時(shí)，重量可比同容積的金屬氣瓶減輕50%。在安全性能上，由多層纖維纏繞而成的壓力氣瓶即使在內(nèi)膽出現(xiàn)泄露的情況下，纖維層仍可保證氣瓶的安全運(yùn)行，有足夠的時(shí)間進(jìn)行應(yīng)急處理。在制作程序上，相對(duì)鋼制容器的復(fù)雜工藝，碳纖維氣瓶制造工藝要簡單得多，通常采用專用數(shù)控纏繞機(jī)在鋁內(nèi)膽外層纏繞碳纖維，精度很高，節(jié)約成本。

壓力容器市場需求趨勢(shì)（噸）

碳纖維纏繞氣瓶的應(yīng)用主要包括車用壓縮天然氣氣瓶、航空航天動(dòng)力系統(tǒng)用輕量化壓力容器和氣體運(yùn)輸用高壓容器。近年來，市場對(duì)壓力容器需求量的增長愈發(fā)樂觀。原因之一是燃料電池的低成本突破，如豐田公司燃料電池車MIRAI的量產(chǎn)，會(huì)帶來對(duì)高壓氫氣瓶的強(qiáng)勁需求。其二是歐美興起的頁巖氣收集產(chǎn)業(yè)，頁巖氣的運(yùn)輸、貯藏都需要安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的高壓氣瓶，由此對(duì)碳纖維壓力容器的需求產(chǎn)生推動(dòng)作用。盡管目前壓力容器的市場不大，但卻有著較大的增長空間。

2015年年底，全球體育休閑市場碳纖維的用量為1.5萬噸，約占總需求的15%，預(yù)計(jì)到2020年將到達(dá)1.7萬噸，到2024年將超過1.9萬噸，年均復(fù)合增長率為2.3%，整體來看產(chǎn)業(yè)規(guī)模較為穩(wěn)定，市場趨于飽和，暫時(shí)不會(huì)具有拉動(dòng)碳纖維產(chǎn)業(yè)規(guī)模爆發(fā)式增長的動(dòng)力。

體育休閑碳纖維需求分布

碳纖維在體育休閑市場中，主要使用在高爾夫球桿、曲棍球棍、網(wǎng)球拍、釣魚竿、自行車架、滑雪板、賽艇等高端休閑體育市場。目前體育休閑占國內(nèi)碳纖維市場需求67%，遠(yuǎn)高于全球市場上15%的比例，說明我國在碳纖維應(yīng)用領(lǐng)域暫時(shí)處在水平較低的階段。預(yù)計(jì)隨著我國航空航天和工業(yè)制造的加速發(fā)展，體育休閑市場所占的比例將不斷下降，市場規(guī)模穩(wěn)步發(fā)展。