碳纤维性能、产能及各领域应用情况如何？

力学性能突出的新型纤维材料。

1.碳纤维是强度最高的非金属材料

碳纤维是由粘胶、腈纶、芳纶、聚酰亚胺等纤维经碳化及石墨化处理而得到的，一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。受益于较低密度，碳纤维较钢类金属件的减重效果可达60%-80%、较铝合金结构件的减重效果可达20%-40%，且其力学性能优异、强度是钢的7-9倍，同时还对一般的有机溶剂、酸、碱具有良好的耐腐蚀性，以及耐高温低压、耐疲劳等特性；被广泛应用在风电行业、航空航天、汽车工业、建筑行业等领域，被誉为21世纪的“新材料之王”。u 根据华经情报网及wind数据，2022年全球碳纤维需求量为13.5万吨，2015-2022年间需求量CAGR达14.3%。

2.国产碳纤维实现逆风翻盘，供给受限问题被削弱

聚丙烯腈基碳纤维的生产起步于20世纪60年代，由日本及欧美国家占据先发优势；截止目前，全球碳纤维技术仍由东丽为首的日本企业所主导，其生产的碳纤维无论在质量还是数量上均处于世界领先地位。相较来看，我国碳纤维工业总体上虽与日本碳纤维的研发同步进行，但经历了较长时间的低水平徘徊。

为推进国产碳纤维材料的应用，各大厂商纷纷宣布扩产，预期通过规模化生产来提高生产总值、降低总体生产成本。根据中科院宁波材料所特种纤维事业部数据，通过生产规模的扩大，可以实现在相同时间及能耗下更大的丝束通过量，将碳纤维生产成本降低20.5%；为实现降本增效，各大国产厂商纷纷扩产。在此背景下，2022年国产碳纤维产量首次超过进口量、达4.5万吨，且包括吉林化纤、宝旌碳纤维、中复神鹰等在内的龙头企业扩产计划仍在持续。

 与此同时，国内碳纤维企业研发技术水平不断提高，吉利化纤、中复神鹰、宝旌碳纤维、新创碳谷等厂商逐步在技术工艺上比肩海外企业。目前国产碳纤维型号已覆盖 T300 级至 T1100 级、M35 至 M65 级，基本实现与国际头部企业（日本东丽）主要型号的对标，在部分型号上甚至性能更优；如中复神鹰 SYT55S（T800 级）具有更高的强度和模量优势；光威复材TZ1100G（T1100级）具有延伸率优势；恒神股份 HM37（M40 级）的抗拉强度、拉伸模量、延伸率更高。

3.碳纤维下游应用实现多点开花

受益于碳纤维的优良性能，其应用领域实现多点开花。以全球范围来看，风电叶片、体育休闲、以及航空航天在碳纤维下游应用分布中占据主导地位，2021年上述三大领域的占比依次为28%、16%、14%。而国内碳纤维应用分布与全球差异较大，其中，风电叶片和体育休闲领域的合计碳纤维需求占比达6成以上，而航空航天和汽车领域的碳纤维需求占比分别仅为3.2%、2.6%，远低于全球的14.0%、8.1%；主要系国内碳纤维生产技术暂时较为有限，批量供应T700/T800强度以上的小丝束碳纤维的能力相对较弱。

3.1 风电领域：风机大型化发展推动碳纤维叶片加速导入

具备高比强度、比模量的碳纤维复材在风机大型化发展中具有不可替代的优势。目前，碳纤维主要应用在风电叶片领域（包括叶片大梁、部分蒙皮、前缘、后缘）；据艾瑞咨询统计，叶片是风机价值量最大的零部件，占比达23.3%。国外专家认为，玻璃纤维复合材料性能已经趋于极限，而碳纤维主梁与同级别高模玻璃纤维主梁相比，可实现减重20%-30%，意味着碳纤维叶片能够较玻璃纤维叶片更长，进而提高风能利用率和年发电量，从而降低综合使用成本。国际市场上，风电巨头Vestas生产的V-90型3.0MW风机叶片已经实现了较玻璃纤维相比减重32%、降本16%的效果。

 预期伴随着大型化海上风电装机的推进，碳纤维需求将加速导入。据中国复合材料学会统计，全球风电叶片每年的市场规模约为150-200亿元；2022年全球风电叶片用碳纤维需求金额为44.56亿元，即2022年碳纤维在风电叶片的渗透率约为22.28%-29.71%。根据中国复合材料学会预测，预计2021-2025年风电领域碳纤维需求量的年复合增速约为25.0%。

3.2 压力容器领域：引领碳纤维复合材料新发展方向

纤维材料的物理化学性能如声、电、力、热等都可以根据工作 环境的要求，通过选择合适的材料和组分以及铺层角度，来达 到要求的工作目的，从而满足实际生产的需要，这使得纤维缠 绕复合材料压力容器在实际工程中得到了重要的应用。2021年 我国的气瓶碳纤维用量大约为3000吨，其中，呼吸气瓶用量大 约为600吨、CNG气瓶大约500吨、储氢气瓶用量约为1900吨；预 期氢气瓶将是未来主要的增长点。

 从全球范围来看，欧美地区或系压力容器碳纤维发展的主力军， 根据中国复合材料学会统计，国际巨头LUXFER预计有2400吨、 Hexagon Lincon则有3200吨左右；结合其他海外厂商，2021年市 场需求约为11000吨，预计2021年至2025年压力容器碳纤维需求 量的年复合增速约达20%。 u 而国内方面，中国复合材料学会根据相关政策以及预测，2022 年中国将至少新增10,000辆氢能源车，主要在物流车、重卡和大 巴领域，碳纤维在氢燃料电池汽车的总用量预计能达2500吨以 上；叠加呼吸气瓶及天然气气瓶维持低速的增长，预计国内压 力容器碳纤维用量能够达到3600-3800吨。结合2023年开始至 2025年，物流车以及大巴车的示范加大和重卡的逐渐推广（最 大重卡碳纤维用量约为500KG），以及2022年3月发改委发布的 《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，中国复合材料 学会预测中国碳纤维气瓶市场在3-4年有望成长为万吨级别的大 市场。

3.3 碳碳复材领域：光伏行业发展助推碳纤维需求增长

 中国光伏硅片产量持续增长，2022年产量达到 357GW，同比增长57%，同期中国光伏累计装机量 达到 393GW，据CPIA预计，2023年光伏新增装机 预计达 95-120GW。 u 碳碳复材在晶硅制造热场系统中渗透率逐步提升， 直拉单晶硅工艺成为市场主流。2017-2022年中国 单晶硅比例逐年上升，2022年占比达到 96.1%， 未来或将替代多晶硅。光伏行业发展早期，晶硅 制造热场系统部件主要以特种石墨为主；而碳碳 复合材料相比石墨材料具有更优异的保温性、强 度、韧性，且不易破碎，可有效降低生产能耗、 提升设备使用寿命，从而降低整个生产成本，因 此碳碳复材渗透率逐步提升，目前替代率约为 60%-65%，未来仍有较大的提升空间。 u 根据中国复合材料学会预测，2021年至2025年全 球碳碳复材碳纤维需求将由8500吨增至24277吨， 年复合增速将达30%。

3.4 休闲体育领域：碳纤维复合材料已成功渗

 基于碳纤维的轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等特点，碳纤维在休闲体育市场主要应用在高尔夫球杆、曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、自行车架、滑雪板、赛艇等多个领域。从减重效果来看，碳纤维复合材料制作的高尔夫球杆比金属杆减重近50%，碳纤维自行车较铝材减重40%、且实现更高的车架精度；根据鑫材泰克网站披露，高尔夫球用碳纤维已替代100%的木材以及65%的钢铁材料。

假设2021年全球休闲体育碳纤维需求结构维持不变，结合2022年体育休闲领域碳纤维需求金额50.75亿元，对应碳纤维在钓鱼竿、高尔夫球杆、自行车、球拍、曲棍球杆、以及滑雪杖的需求金额约分别为17.76亿元、11.16亿元、10.15亿元、5.58亿元、3.04亿元、以及1.52亿元；其中，高尔夫球用碳纤维的渗透率处于领跑阶段、高达46.81%，另外曲棍球杆用碳纤维和钓鱼竿用碳纤维的渗透率也分别达到5.35%、2.16%，整体成长空间广阔。u 预期未来体育器材碳纤维需求将实现稳步增长；根据赛奥碳纤维预测，2025年体育休闲领域碳纤维需求量有望由2022年的1.95万吨增至2025年的2.25万吨，年复合增长率约达4.89%。

3.5 航天航空领域：更新迭代需求推动碳纤维用量的增长

 碳纤维材料在航天航空领域同样应用广泛。碳纤维作为飞机结构件材料可使结构质量减轻30％-40％，其应用已从最初的前机身段、机翼外翼、整流壁板等次承力结构逐步发展到机翼、机身等主承力结构。

 碳纤维在各类型及型号的推进程度差异较大。军用飞机领域，2000年第四代战斗机F35的碳纤维复合材料用量占比已提高至 36%，在新一代欧洲台风战斗机的占比更是达到70%；而在商用/民用飞机领域，商用飞机的需求占比已超过50%；民用波音B787、空客A350上的复合材料用量也已达到50%以上，取代铝合金成为用量最多的材料。我国自主研发的C919大型客机整机碳纤维复合材料用量大概在12%，预计后期与俄罗斯联合研发的CR929 碳纤维复合材料用量将达50%以上。

根据中国复合材料学会预测，2025年全球航空航天用碳纤维需求将达到2.06万吨，2021-2025年间复合增速为5.79%。国内方面，伴随着我国军用飞机的更新换代及国产大飞机制造的全面提速，2022年军用飞机的碳纤维需求量同比增加76.92%、商用飞机的碳纤维需求量同比增加20.69%。

3.6 碳纤维轻质高能的特性契合汽车轻量化发展趋势

碳纤维复合材料在汽车上应用不但能满足轻量化的需求，还能提升安全性能，实现更好的驾驶性能，更低的组装耗费和更好的碰撞安全性。随着汽车轻量化需求日益迫切，同时碳纤维价格逐步下探，碳纤维复合材料产业链日趋完善，碳纤维在汽车的应用也随之发生改变；从应用车型来看，早期主要引用于赛车和超跑，目前已逐步向中高端乘用车延伸；从应用部件角度来看，早期主要应用于覆盖件、装饰件以凸显车型运动基因，如今已逐步向整体式车身、结构件以及次结构件进行拓展。u 截至目前，碳纤维复合材料(CFRP)在汽车中可应用于车身、底盘、车顶、车门、头盖、引擎盖、尾翼、压尾翼、中控台、装饰条、传动轴、板簧、构架、刹车片、内饰和外饰配件等系统；宝马i8车身车架完全用碳纤维材料制成，其重量比钢轻50%，整车总质量为1480kg。

截止目前，世界各大车企已纷纷与碳纤维厂商联合发展车用碳纤维复合材料技术。目前，世界各大汽车公司纷纷和各大碳纤维厂商联手发展汽车用碳纤维复合材料技术：德国宝马从2009年开始与SGL合作至2015年全新第六代BMW7正式投产，实现了将工业制造碳纤维材料、高强度钢材和铝材相组合；丰田在2015年发布的Mirai燃料电池车则采用了日本东丽的碳纤维材料；目前，比亚迪旗下仰望，吉利旗下极氪、路特斯，广汽埃安的昊铂等豪华品牌，都已与复合材料综合解决方案提供商HRC达成合作，合作车型有的已经量产，如昊铂SSR、仰望U9。 u 从渗透率角度来看，2022年我国车用碳纤维需求量在2400吨左右，结合2022年中国汽车产量为2333.7万辆，可推算出2022年中国单车用碳纤维量约为0.10kg，远不及我国单车用铝量和单车用镁量，目前或仍处于导入初期阶段。根据中国复合材料学会预测，2021年至2025年全球汽车碳纤维年复合增速将维持在7.41%左右的水平。