碳纤维性能及供需格局分析

性能优异，应用广泛，崛金“黑金时代”。

碳纤维是一种丝状碳素材料，由有机纤维经碳化以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，呈现黑色，力学性能优异，具有轻质、高强度、高弹性模量、导电导热、耐超高温、耐低温、耐腐蚀、耐疲劳、膨 胀系数小等优良特性，被誉为“黑色黄金”。 具体来看，碳纤维密度小于钢的 1/4，是铝合金的0.65 左右，其复合材料抗拉强度一般都在 3500Mpa 以上，是钢的 7-9 倍， 比强度也远超钢材、其他合金和玻纤等，是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的材料，在增强 装备力学性能的同时可以满足轻量化要求。

碳纤维是由聚丙烯腈或沥青、粘胶等有机母体纤维，在惰性气体中、高温环境下裂解碳化形成碳主链结构，含碳量在 90% 以上的纤维状碳素材料。原丝基体不同，制成成品的性能和用途也存在较大差异，其中，粘胶基、沥青基碳纤维用途单一、 产量有限，而聚丙烯腈基碳纤维兼具良好的结构和力学性能，是碳纤维发展和应用的主要品种，占比超90%。

聚丙烯腈基碳纤维制备流程包含从石油、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，丙烯腈与溶剂 DMSO-二甲基亚砜或 DMAc-N,N-二甲基乙酰胺、NaSCN-硫氰酸钠、引发剂等发生聚合反应得到聚丙烯腈原液，再经过纺 丝后（湿法/干喷湿纺工艺）得到聚丙烯腈（PAN）原丝，最后经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维。

受疫情影响，全球碳纤维近三年的需求增速放缓，根据《2021 全球碳纤维复合材料市场报告》提供的数据，2019-2021 年 全球需求量分别为 103.7 千吨、106.9 千吨和 118 千吨，同比增速分别为 11.99%、3.09%、10.38%；2022 年全球各地逐渐放开管控，疫情带来的影响正在逐渐消退，预计未来三年全球碳纤维需求增速将有所提升，碳纤维在风电叶片、航空航 天、体育器材领域的应用有望加速恢复。 国内碳纤维市场在技术提升和政策推动下，疫情期间仍维持 20%以上的需求增速，2021 年我国碳纤维总需求量约 62.4 千 吨，同比增长 27.7%，其中国产量约 29.3 千吨，占比 46.9%，2023-2025 年国内多家企业 T300 级大丝束放量在即，国产 化率有望加速提升，同时 T700 级及以上的高性能碳纤维随着头部企业的工艺成熟化，有望进一步打开国产替代空间。

碳纤维因其质量轻、强度高、弹性模量大、抗疲劳性好、耐高低温、耐腐蚀等多重优良特性，被广泛应用于航空航天、国 防、军工导弹、风电叶片、体育休闲、压力容器、交通建设等领域。其主要应用于风电和体育休闲领域，2021 年全球和我 国风电叶片对碳纤维的需求量分别为 3.3 万吨和 2.25 万吨，占比达 28%和 36%，同比增加 7.8%和 12.5%；体育器材对碳 纤维的需求量分别为 1.85 和 1.75 万吨，占比达 16%和28%。 我国风电行业高速发展，风电叶片将持续作为国内碳纤维最主要的应用领域，在 2023-2025 年实现需求高增，赛奥碳纤维 预计到 2025 年全球风电叶片对 T300 级大丝束碳纤维的需求量将达80566 吨，2021-25 年复合增速近 25%。同时，在氢能 和光伏等高景气行业驱动下，储氢压力容器和光伏热场应用场景或将打开碳纤维复材需求新增长极。此外，航空航天是碳 纤维应用中附加值最高的领域，我国 T800 及以上高端产品规模化应用进程较慢，碳纤维在该领域的渗透率远低于海外发达 国家，海外国家出口限制叠加国内技术进步推动，我国高性能碳纤维在高端领域的渗透率有望逐步提升。

2021 年中国大陆碳纤维运行产能达 63.4 千吨，占全球总量 207.6 千吨的 31%，首次超越美国成为全球碳纤维运行产能最 大的国家。全球十强厂家中，包含了吉林化纤集团、中复神鹰与宝旌三家中国企业，2021 年我国新增产能主要来自于吉林 化纤集团 1.6 万吨、新创碳谷 0.6 万吨、中复神鹰0.8 万吨、宝旌0.2 万吨。

2022 年国内碳纤维运行产能达 89.2 万吨，产量约 47.4 万吨，产能利用率较 2021 年上行至 53.15%。2022 年新增扩产的 国内企业主要有：吉林化纤集团 2.7 万吨、新创碳谷 1.2 万吨、光威包头 0.4 万吨已于 2022 年投产，宝旌系 2.1 万吨、中 复神鹰 1.4 万吨、上海石化 1.2 万吨预计于 2023 年投产。吉林化纤集团现有运行产能 2.5 万吨大丝束碳纤维，占比28%， 位居国内第一；中复神鹰、光威复材主产高性能小丝束，技术和规模均领先。

我国碳纤维的国产化率从2016 年的 18.41%快速提升至 2022 年的 50%以上，进口碳纤维中美国和日本的占比下行，尤其 是日本东丽因产品流入未获日本《外汇及外国贸易法》许可的中企，受到日本经产省的行政警告而暂停对华出口碳纤维后 （2020 年底开始），日本在我国碳纤维进口来源的占比快速下降，叠加疫情导致禁运和高海运费的作用下，加快了国产替 代步伐，随着国内技术进步，高性能碳纤维的国产替代空间也将进一步打开，从而摆脱进口依赖。