碳纤维,是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。可分为PAN基,沥青基,粘胶基碳纤维,PAN基是当今世界碳纤维发展的主流,占碳纤维市场的90%以上。碳纤维是由有机纤维经碳化和石墨化处理而得到的微晶石墨材料,碳纤维具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热和导电等特性,是一种力学性能优异的新材料。碳纤维除了应用在航空航天等高技术领域外,还可用在文体用品、纺织机械、医疗器械生物工程和运输车辆等方面。
碳纤维是指含碳量在90%以上的无机高分子材料,主要将聚丙烯腈(沥青或粘胶)等作为原料,经过高温氧化、碳化等环节而生成。碳纤维具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、轻质量等特性,可广泛应用于风电叶片、碳碳复材、航空航天、压力容器、休闲体育等领域,是性能优异、用途广泛的国家战略性新材料。
碳纤维可以按照原丝类型、纤维形态、丝束规格、生产工艺、力学性能等标准进行分类,其中常用的三大分类维度是原丝类型、丝束规格和力学性能。按照原丝类型可分为聚丙烯腈(PAN)基、沥青基、粘胶基等;按照丝束规格可分为大、小丝束;按照力学性能可分为标模、中模和高模。
过去中国碳纤维行业“有产能,无产量”的现象较为严重,产能利用率低于国际水平,主要是由于碳纤维行业核心技术始终掌握在国外部分企业手中,中国大部分企业尚达不到T300水平,产品技术含量较低、质量较差。近年中国碳纤维行业在自主研发有所突破,产能利用率有上升趋势。
根据海关数据,2022年我国碳纤维进出口数量分别为10319.22吨和1709.65吨,同比分别增长78.18%和263.85%,进出口差额达到8609.56吨。从进口源看,日本、韩国、墨西哥、中国台湾和美国是我国碳纤维的重点进口地区。2022年我国分别从日本、韩国、墨西哥、中国台湾和美国进口碳纤维2434.73吨、2014.93吨、1825.49吨、1439.19吨和1190.76吨,分别占总进口比重23.59%、19.53%、17.69%、13.95%和11.54%,前五名地区合计占比86.3%。
根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年中国碳纤维行业前景分析与未来趋势预测报告》显示:
碳纤维产业链较长,完整覆盖从原油原料到终端应用的完整制造过程。从制备流程来看,上游企业首先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯,经过氨氧化后得到丙烯腈,丙烯腈经聚合和纺丝生产原丝,再通过预氧化、低温/高温碳化等工艺步骤得到碳纤维。随后,碳纤维可再次被制成碳纤维织物、碳纤维预浸料、碳纤维复材制件等。碳纤维主要应用在风电、体育休闲、航空航天等领域。从全产业链来看,产业链中游是核心环节,技术、资金、设备等门槛较高。
目前,碳纤维已经应用于风电叶片、体育休闲、航空航天、压力容器、碳碳复材、交通建设、海洋等领域,是国防军工和国民经济发展不可或缺的重要战略物资。从市场结构来看,与全球相比,我国碳纤维的应用分布具有本国特色。在全球范围内,风电叶片仍然占据绝对主流,2022年全球碳纤维应用需求量占比前三的领域分别为风电叶片(26%)、体育休闲(18%)、航空航天(15%)。而在我国,体育休闲领域的碳纤维应用占比高于全球,是我国碳纤维需求的压舱石。同时,航空航天的碳纤维应用需求占比仅为10%,低于全球的15%。其主要原因是,国内碳纤维生产技术仍在成长中,无法批量供应T800强度以上的小丝束碳纤维。未来,随着我国碳纤维在航空航天等高端领域的拓展,碳纤维需求结构将向高端化迈进。
近年来,国家出台了一系列关于碳纤维及碳纤维复合材料的产业支持政策,持续引导碳纤维材料的关键生产技术升级、产业化项目落地和应用领域拓展,推动碳纤维行业蓬勃发展。其中,工信部于2019年发布《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年版)》,将高强、高强中模、高模型碳纤维等列为关键战略材料,为碳纤维生产技术的提升和产业化的推进提供了必要保障;国家发改委、科技部、工信部、财政部等四部委于2020年发布《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》,提出聚焦重点产业投资领域,围绕保障大飞机等重点领域产业链供应链稳定,加快在高性能纤维材料等领域实现突破,为碳纤维等战略性新兴产业高质量发展、发挥重要引擎作用提供了政策支持。
在“双碳”政策下,我国风电、光伏、氢能、新能源汽车等行业高速发展,带动风电叶片、碳碳复材、压力容器、汽车等领域的碳纤维需求快速提升。同时,碳纤维作为军民两用战略物资,在航空航天、体育休闲、建筑等领域的需求也在持续增长。根据赛奥碳纤维《全球碳纤维复合材料市场报告》,2022年国内碳纤维需求量约7.44万吨,同比增长19.3%,近五年的需求量年复合增长率达25.9%,高于全球平均水平。2022年国内碳纤维需求量占全球比重约为55.1%,中国已成为全球第一大碳纤维消费市场。市场需求的高速增长,推动碳纤维行业进入快速发展阶段。
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