碳纤维未来布局方向是什么？

面对疫情持续不减与发达国家封锁对中出口 的局面，未来关于碳纤维的布局与改进，应朝着技术迭代驱动产品质量提高的方 向前进，加速推进实现国产替代。

1. 小丝束：技术突破干喷湿纺

根据新思界产业研究中心发布的《2021－2026 年中国小丝束碳纤维行业市场深度 调研及发展前景预测报告》显示，在全球中，小丝束碳纤维市场主要被日企占据， 日本东丽、东邦、三菱三家企业占据全球 50％左右的市场份额，其中日本东丽占 据全球小丝束碳纤维总产能的 25％以上。我国小丝束碳纤维生产的企业有中复神 鹰、光威复材、中简科技、吉林化纤等，合计运行产能约 2 万吨。小丝束产品主要 应用于国防军工、航空航天等高附加价值领域。相较大丝束而言，高附加值高性 能的小丝束价格也更高，在盈利上更有优势。截止 2022 年 9 月 9 日，国内小丝束平均价格为 208 元/千克，远高于国内大丝束 133 元/千克。其中，t700、12k 的小丝 束价格更是高达 270 元/千克。

小丝束干喷湿纺具备产品强度高、纺丝速度快等优点。和湿法工艺相比，干喷湿 纺丝的分子排列更加整齐，最终可以拉出质地更均匀，表面更光滑，强度更高的 纤维材料。纺丝速度方面，干喷湿纺比湿法要快 3~4 倍。国内企业中，中简科技目 前的湿法纺速是 130 米/分钟；吉林碳谷是经历了一个持续不断提升的过程，目前 100 米/分钟，后续还有提升空间；对于干喷湿纺，中复神鹰目前是 400 米/分钟， 西宁二期产线预计能够提升到 500 米/分钟；光威复材虽然批量更小，但是纺速达 到了 500 米/分钟的级别。相较于日本东丽 700 米/分钟的纺速还存在一定差距，这 也是还需持续不断的去提升工艺的空间。

而干喷湿纺的一个劣势在于工艺极难掌握，技术要求高，目前国内能够规模化生 产的企业并不多；此外，由于粘稠的纺丝液容易在空气段的时候粘在一起，所以 纺丝板本身喷丝的时候，孔径应该会更大一些，相应的孔和孔之间的距离会更远 一点，这样同样面积的纺丝板上干喷湿纺的孔会更少一点，以致于很难形成大通 量大丝束。面对小丝束生产的困难与不完备的地方，我们仍需继续加大研发投入， 不断完成工艺更新迭代，实现技术沉淀与突破。

对还未掌握干喷湿纺技术的企业来说，核心任务是突破干喷湿纺这样的一种“低 成本、高质量”的工艺方法，提高小丝束生产效率和产品性能；对已掌握干喷湿 纺的企业来说，未来需要向更高强度的方向拓展，努力实现 T1100 的超高强度碳纤 维生产，扩大 T700、12K 的高强度高模量的碳纤维规模化生产，并在未来尝试将 干喷湿纺应用在大丝束生产。目前，我国企业持续推进技术升级，已突破多重技 术门槛。例如，中复神鹰首次实现干喷湿纺单线年产 3000 吨高性能碳化生产线， 实现 T700、T800 碳纤维万吨规模化生产。相较于日本东丽世界龙头小丝束碳纤维 生产企业，我们目前还存在一定差距，今后仍需继续努力，提高产品拉伸强度与 拉伸模量。

2. 大丝束：成本先行实现规模效应

受下游风电与汽车等需求的牵引，大丝束的生产应用日益火爆。据赛奥碳纤维， 2021 年全球碳纤维需求中大丝束为 5.14 万吨，占比 43.6%。大丝束碳纤维制备属 于低成本生产技术，其售价只有小丝束碳纤维的 50-60%。大丝束的制备难度较高， 国内外生产差距较大。日本东丽在收购卓尔泰克后，成为世界最大的大丝束生产 企业，大丝束产能达到 2.84 万吨；同时还有德国 SGL、日本三菱等知名大丝束生 产企业。国内方面，大丝束供应主要以吉林化纤为主，目前产能约为 2.2 万吨；此外，上海石化、新创碳谷等也逐步实现大丝束碳纤维的达产，大丝束碳纤维产能 紧张的情况得到缓解。

大丝束碳纤维的制备也面临多种挑战。大丝束的生产并没有明确的标准。在凝固 成型、牵伸、预氧化、碳化、上浆等的均匀性难度极大。主要存在丝束均匀度不 稳定、毛丝占比高和碳化环节毛丝凸显等问题。因此，大丝束碳纤维的离散系数 一般较大。此外，在大丝束碳纤维应用方面也存在诸多技术问题，其中亟待解决 的主要是展纱的工艺和浸润的效果。由于丝束较大、易于集聚，因此展纱效果不 好，进而造成树脂对大丝束纤维束内部浸润性较差，丝束间容易产生孔隙且容易 造成树脂相的富集与分离等缺陷。另外，在大丝束碳纤维展纱过程中会出现毛丝 甚至断纱，导致纤维破损和混乱，影响预浸料的制备工艺性，材料性能得不到有 效转换，从而导致产品性能不稳定，进一步增加了大丝束碳纤维应用难度。

规模效应与持续降本成为大丝束未来发展方向。面对大丝束生产的难点，我国企 业研究最佳碳化温度与时间并改进大丝束碳纤维浸润与扩展设备，积极谋求降本 增效新通路。第一条通路是降低原丝成本。在碳纤维生产过程中，原丝成本占比 较高，约占总生产成本的50%。原丝生产过程是将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液， 然后纺丝成型。丙烯腈价格受原油与供需关系影响，未来随着原油价格下降与供 需关系调整，原丝价格有下降趋势。此外，随着聚合、原液、纺丝三大生产环节 技术提升，丙烯腈及油剂等原材料消耗量将减少，原丝生产效率提高。

第二条通路是提高碳化效率。目前，我国大多数碳纤维企业原丝与碳丝的转化比 约为 2.2：1，少数优质企业 2：1。公司大量投入研发打磨技术，未来朝着更低的 转化比前进。原丝与碳丝转化比的极限值约为 1.35：1，各企业深耕技术升级，最 终有望实现 1.5：1 的超高转化效率。转化效率微小的提升带来的是大幅减少原丝 的高额采购成本。此外，碳化过程中需要通过高温烧到 3000℃，需要消耗大量能源。由于转化效率提高，单位能耗也相应下降。目前生产 1 吨碳丝大约需花费 2 吨 电，随着技术升级，能源耗费的成本也有望下降。

第三条通路是实现生产设备国产化。目前，我国碳化设备基本依靠国外进口，而 国外进口设备价格昂贵，国产设备普遍比进口设备价格低 30%-50%。未来伴随技 术升级我们将实现设备国产化，从而降低资本性支出并摊薄折旧费用。大丝束性 能通常会弱于小丝束，但是由于其大通量，可以提高碳纤维的单线产能来降低单 位成本。随着众多企业大丝束碳纤维产能落地投产，远期有望可加速规模效应。

3. 国产替代加速进行中

国企扩产计划明确，未来碳纤维产量将高位增长。大丝束方面，吉林国兴碳纤维 目前产能 1.5 万吨，预计明年项目投产可达 2.5 万吨，2025 年达 6 万吨；吉林宝旌 目前产能 8000 吨，预计 2025 年可达 1.2 万吨；上海石化目前产能 1500 吨，1.2 万 吨大丝束项目正抓紧建设中，预计今年投产 6000 吨，2024 年底产能全部释放。小 丝束方面，吉林凯美克于 2022 年 6 月完成 1K、3K 碳纤维第二条生产线开车，目 前产能 600 吨；中复神鹰西宁一期项目 1.1 万吨产能已投产，加连云港原有产能 3500 吨以及 200 吨航空航天高性能碳纤维项目于 7 月开车，今年合计产能约为 14700 吨；光威复材当前产能 2655 吨，预计今年有一条 T700/T800 的产线可投产， 预计产能可达 3585 吨；此外，预计包头项目一期 4000 吨产能将于 2023 年年初建 成；二期 6000 吨产能会在一期投产后启动建设，由于一期很多附属设施已经建好， 预估二期建设周期会比一期快一些，2023/2024 预期产能分别为 7585/13585 吨。原 丝方面，吉林碳谷目前产能 4.5万吨，十四五期间完成 20 万吨原丝的计划正稳步推 进，预计今年产能可达 8.5 万吨以上。