碳纤维市场需求及现状如何？

全球碳纤维市场需求持续扩容。

碳纤维被称为“21世纪新材料之王”。碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而 得到的微晶石墨材料，直径5-10微米，含碳量高达90%以上。同时，碳纤维也是高性 能纤维中具有最高的比强度、比模量的纤维，且耐高温也是最好，被称为“21世纪新 材料之王”。碳纤维力学性能优异，比重不到钢的1/4，碳纤维复合材料抗拉强度一般 都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，同时具有轻质、高强度、高弹性模量、耐高低温、 耐腐蚀、耐疲劳等优异特性，广泛应用于航空航天、国防、交通、能源、体育休闲等 领域。其中，高性能碳纤维是国家安全领域必不可少的战略新兴材料。

中游环节是产业链核心。碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程：产业链上游企业先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到 丙烯腈；中游为产业核心，丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；产 业链中下游企业再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维；碳纤维可制成碳纤维 织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成碳纤维复合材料，最 后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。

PAN基碳纤维是最主要的碳纤维品种。按原丝种类可以将碳纤维分为三大类，分 别是聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类。其中，聚丙 烯腈（PAN）基碳纤维力学性能优良、成品品质优异和工艺难度相对较低，目前占全 球所有碳纤维总产量的90%以上，是最主要的碳纤维品种；沥青基碳纤维和粘胶基碳 纤维的产量规模相对较小，粘胶基碳纤维对设备和工艺技术的要求都很高且制备成本 较高，沥青基碳纤维强度较低，产品重复性差、稳定性不好。

PAN基碳纤维制备的核心是原丝制备技术。PAN基碳纤维的发展过程大致可以归 纳为4个阶段：20世纪60年代，突破了聚丙烯腈基碳纤维的连续制备技术路线，为碳纤维从实验室走向工业化奠定了技术基础；20世纪70年代，实现了强度为3.0GPa左右 的高强基本型碳纤维工业化规模生产，推动了碳纤维在国防和工业领域的实用化进 程；20世纪80年代，以民用航空的规模化应用为牵引，拉伸强度为4.9GPa的新一代高 强型碳纤维和高强中模碳纤维制备技术取得突破，并实现工业化。

同时在高强基本型 碳纤维的基础上，发展了基本型高模碳纤维；20世纪90年代，以超高压气瓶应用为主 的需求牵引下，拉伸强度高达7.06GPa的新一代高强中模碳纤维实现规模化生产，并 相继研发出拉伸模量450GPa、拉伸强度4.0GPa以上的高性能碳纤维。PAN基碳纤维制 备的核心是原丝制备技术，经过长期的技术研发与工程化实践，逐渐形成了PAN溶液 湿法纺丝和干湿法纺丝两种原丝制备工艺。

日本东丽公司生产的所有碳纤维产品中， 只有T700和T1000两种碳纤维原丝是由干湿法纺丝工艺制备的，而包括日本帝人集团 在内的其它企业均采用湿法纺丝工艺制备碳纤维原丝。各国碳纤维企业，以不同的溶 剂路线工艺研发出高强、高强中模、高模和高模高强等4个系列碳纤维产品。随着碳 纤维市场竞争的深入，日本旭化成和英国考特尔公司因各自工艺的固有缺陷而逐渐被 市场淘汰，而日本东丽公司以独有的新一代高强中模和M70J高模高强碳纤维技术与产 品，占据着世界碳纤维技术与产品的领先地位。美国依赖日本的原丝技术发展起本国 的碳纤维工业，但基于国家利益和战略考虑，一方面采用日本东丽技术在Cytex建设 了DMSO法原丝生产线，同时以自主技术在Hexcel建设基于NaSCN法的碳纤维及原丝 生产线。

大小丝束产品半几壁乎江各山占。按碳纤维丝束规格可以将碳纤维分为两大类，分别是大丝束碳纤维和小丝束碳纤维。小丝束是指丝束规格为1-24 K的碳纤维；大丝 束是指丝束规格≥48 K的碳纤维。小丝束碳纤维力学性能优异, 拉伸强度为 3500-7000MPa、拉伸模量为230- 680GPa, 生产工艺难度大，价格较高，主要应用于航 空航天领域，被称为“宇航级材料”。大丝束碳纤维拉伸强度为3500 -5000MPa、 拉伸 模量为230- 290GPa, 生产成本低，性价比高，主要应用在汽车、 风电叶片、能源建 筑和体育用品等, 被称为“工业级材料”。

相比于小丝束碳纤维, 大丝束碳纤维最大的 优势就是低成本和生产效率高，可拓展碳纤维复合材料的应用途径，是碳纤维发展的 重点方向之一。目前大小丝束碳纤维供应格局分别是，小丝束碳纤维主要由日本和韩 国供应；大丝束碳纤维主要由美国、德国与日本供应，产量是小丝束碳纤维的30%左 右，最大丝束拓展到480K。据《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》数据显示，21 年全球碳纤维产品市场份额分别为，大丝束产品占比为43.5%；小丝束产品占比为 43.3%；中模量产品占比为12.5%；高模量产品占比0.6%。

全球碳纤维市场需求增速平稳。伴随着全球科技不断进步，碳纤维下游应用领域 进一步扩大，同时碳纤维的市场渗透率也随之提升，进而导致全球碳纤维市场需求稳 步增长。据《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》数据显示，全球碳纤维市场需求 从12年的4.6万吨增长至21年的11.8万吨，屡创新高，近十年的复合增长率为11.03%。 同时，《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》预计，未来全球碳纤维市场需求或继 续保持平稳增速，25年全球碳纤维市场需求为18.45万吨。

中国碳纤维市场需求处于快速发展阶段。进入21世纪后，全球碳纤维市场面临供 应不足的难题，同时碳纤维生产大国对我国采取出口限制政策，进而导致我国碳纤维 需求长期被压制，因此我国重启碳纤维国产化计划。随着我国在技术端取得重大突破， 成功解决了碳纤维领域的“卡脖子”问题。据《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》 数据显示，我国碳纤维市场需求从12年的1.1万吨增长至21年的6.2万吨，屡创新高， 近十年的复合增长率为21.18%。同时，21年中国首次超过美国成为全球碳纤维最大产 能地区。我国已经基本建立起完整的碳纤维产业体系，碳纤维产品已经涵盖高强、高 强中模、高模和高强高模四个系列。当前我国碳纤维市场仍处快速发展阶段，未来或 持续超越全球增速。

原丝质量决定碳纤维性能。碳纤维原丝制备是碳纤维产业链的核心环节，碳纤维 原丝的质量和成本很大程度上决定了碳纤维的质量和生产成本,原丝通常占碳纤维总 生产成本的51%。碳纤维的强度显著地依赖于原丝的微观形态结构及其致密性。如果 原丝的分子结构和聚集态结构存在不同程度的缺陷,必将严重影响碳纤维的质量和性能。

质量过关的原丝是产业化的前提，是稳定生产的基础。碳纤维原丝占碳纤维生产 成本的一半以上，其性价比与供应稳定性是碳纤维产业链的重要影响因素，直接影响 着碳纤维的应用领域的广度。同时，不同原丝工艺生产的原丝对碳化设备通过性能差 异很大，通过性好的原丝适应设备的能力强，碳化设备与上游原丝特性匹配后，碳化 生产设备对于上游原丝特性适应能力具有较强的依赖性。碳纤维原丝的工艺主要分为 聚合过程、制胶过程（原液）、纺丝过程三个过程。

湿法纺丝易于生产；干喷湿纺产品性能较高。目前碳纤维原丝的制备按纺丝工艺 分为三种方式，分别为干法纺丝、湿法纺丝和干喷湿纺。由于干法纺丝生产的纤维中 有少量溶剂残留且不容易洗净的特性，所以碳纤维原丝市场生产工艺以湿法纺丝和干 喷湿纺为主导。湿喷湿纺操作流程相对简单且对生产环境要求较低，但其生产碳纤维 产品的性能不高，该生产工艺主要用于生产T300和T400等性能较低的碳纤维。因湿法 纺丝工艺本身的限制，其生产的碳纤维产品力学性能提高空间有限。干喷湿纺纺丝效 率较高，约为湿喷湿纺的3-4倍，同时其原丝产品体密度较高，致密性较好，制得高性 能的碳纤维，但对纺丝工艺和原液质量要求较高。

中国成为全球碳纤维最大的产能地区。我国PAN基碳纤维技术研发源于20世纪60 年代，建立了硝酸法、硫氰酸钠法和二甲基亚砜法等多种原丝制备工艺。因为当时工 艺基础薄弱和装备技术落后等因素，所以导致我国生产的碳纤维质量低下，性能稳定 性差，国产化技术长期徘徊在低水平状态。20世纪90年代后期，我国开展有机溶剂体 系制备高强碳纤维原丝技术研究，以间歇溶液聚合、纺丝多道梯度凝固、热水多道洗 涤、蒸汽定型等技术为核心的原丝工艺技术，实现了有机溶剂体系制备具有圆形截面 高强碳纤维原丝技术的突破。

我国碳纤维行业经过长期自主研发，打破了国外技术装 备封锁，碳纤维产业化取得初步成果。到2015年，碳纤维产品方面，T300级基本达标， T700级年产百吨线试制，T800级在实验室突破关键技术，主体产品为12K及以下的小 丝束PAN基碳纤维。目前，我国碳纤维行业基本达到了T400的技术能力，部分企业实现了T700碳纤维规模化生产，T800已经进入了小批量试验生产。据《2021年全球碳纤 维复合材料市场报告》数据显示，21年我国已经超越美日等碳纤维大国，成为全球碳 纤维最大产能地区。

美日为传统碳纤维强国，多年处于世界前列，美国的碳纤维生产 厂商主要为赫氏及部分日资企业（如东丽）；日本碳纤维的供应主力为东丽、帝人和 三菱三大本土巨头。21年，我国、美国和日本运行产能分别为7.22万吨、4.87万吨和 2.50万吨。同时，从各家碳纤维企业公布的扩产情况来看，我国将在产能上较长期成 为第一。

碳纤维产业链国产替代势在必行。当前我国碳纤维市场处于发展阶段，对标美日 碳纤维强国，在高端产品方向仍有一定的技术差距。同时，我国能够掌握高性能技术 及规模化生产的企业数量较少，无法满足市场需求。我国碳纤维市场需求与日俱增， 21年我国碳纤维需求为6.2万吨，同比增长26.53%，远超同期全球市场10.28%的增速。 长期以来，我国碳纤维市场中进口量远超出口量。以21年为例，我国碳纤维总需求量 为6.2万吨，但国产化率仅为47%，且现有产能集中于头部企业，我国碳纤维行业产能 的CR5约达77.9%。

因此碳纤维产业国产替代空间广阔，且势在必行。据Datayes数据 显示，22年1-10月，我国碳纤维进口量为8579.13吨，同比增长85.24%；出口量为1612.83 吨，同比增长325.46%。随着我国碳纤维产业蓬勃发展且前沿技术不断提升，我国碳 纤维领域基本打破了国外的技术封锁。据《2021年全球碳纤维复合材料市场报告》数据显示，我国碳纤维国产化率已经从16年的20%提升至21年的47%，同时预计23年将 突破50%，未来仍保持较高增速。