全球碳纖維行業(yè)分類及產需發(fā)展趨勢

全球碳纖維行業(yè)分類及產需發(fā)展趨勢

碳纖維（CarbonFiber，簡稱CF）是由聚丙烯腈（PAN）（或瀝青、粘膠）等有機母體纖維采用高溫分解法在1,000攝氏度以上高溫的惰性氣體下碳化（其結果是去除碳以外絕大多數(shù)元素）制成的，是一種含碳量在90%以上的無機高分子纖維。

一、現(xiàn)狀

碳纖維“剛柔并濟”，具有出色的力學性能和化學穩(wěn)定性，密度不到鋼的1/4、強度是鋼的5-7倍，是目前已大量生產的高性能纖維中具有最高的比強度和最高的比模量的纖維，并具有低密度、耐腐蝕、耐高溫、耐摩擦、抗疲勞、震動衰減性高、電及熱導性高、熱及濕膨脹系數(shù)低、X光穿透性高、非磁體但有電磁屏蔽效應等特點，是發(fā)展國防軍工與國民經濟的重要戰(zhàn)略物資，廣泛應用于軍工、航空航天、體育用品、汽車工業(yè)、能源裝備、醫(yī)療器械、工程機械、交通運輸、建筑及其結構補強等領域。

用碳纖維復合材料代替鋼或者鋁，減重效率可達到20%-40%，因此在航空航天領域得到廣泛青睞。飛機結構材料約占起飛總重量的30%左右，減輕結構材料的重量可以帶來許多好處。對軍用飛機而言，減重在節(jié)省燃油的同時擴大了作戰(zhàn)半徑，提高了戰(zhàn)場生存力和戰(zhàn)斗力；對于客機而言，減重節(jié)省了燃油、提高了航程和凈載能力，具有顯著的經濟效益。

2018年，全球碳纖維需求量9.26萬噸，其中風電葉片需求量2.20萬噸，占比23.76%；航空航天需求量2.10萬噸，占比22.68%；體育休閑需求量1.43萬噸，占比15.44%；汽車需求量1.08萬噸，占比11.66%。

美國、日本、中國碳纖維理論產能占比到達6600%%，集中度非常高。2018年，全球碳纖維理論產能達到15.48萬（小絲束9.77萬噸，大絲束5.71萬噸），其中，美國碳纖維理論產能為3.73萬噸，占比24%；日本碳纖維理論產能為2.91萬噸，占比19%；中國大陸的碳纖維產能為2.68萬噸，占比17%，另外匈牙利（1萬噸）、墨西哥（1萬噸）、中國臺灣（0.88萬噸）和法國（0.82萬噸）。

碳纖維價格差異非常大。不同型號及不同應用領域的碳纖維價格差異巨大，碳纖維價格從每千克幾十元到上千元不等，部分特種用途碳纖維價格甚至達到了每千克萬元。比如T300級別的碳纖維，用于風電葉片（＞24K）產品單價大概80元/千克左右，而用于軍工領域（3K、6K）的產品單價卻達到了1000-3000元/千克。原因是由于高品質小絲束纖維的工藝流程長、控制精度高、生產效率低，導致出品單位質量纖維的能耗成倍增長。另外，軍工領域用碳纖維，有時候需要專線專用，使得生產成本更加高昂。

二、產需

碳纖維復合材料由于其優(yōu)良的材料性能，已經被廣泛的應用于航空航天（國防）、風電葉片、汽車、船舶、壓力容器、建筑、電纜芯等不同行業(yè)。2017年全球碳纖維復合材料需求達到8.42萬噸，預計2020年全球總需求將達到11.21萬噸，復合增長率達到10%。

碳纖維生產全過程流程長，工序多，技術和生產壁壘高是我國“有產能，無產量”的重要原因。聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的生產主要分為兩步，第一步是聚丙烯腈通過聚合、紡絲形成碳纖維原絲，第二步是原絲經過整理后，送入氧化爐制得預氧化纖維（俗稱預氧絲），預氧絲進入碳化爐制得碳纖維，碳纖維經表面處理、上漿即可得到碳纖維產品。全過程連續(xù)進行，任何一道工序出現(xiàn)問題都會影響穩(wěn)定生產和碳纖維產品的質量。

碳纖維因其“輕而強”和“輕而硬”的特性，被廣泛應用于戰(zhàn)斗機和直升機的機體、主翼、尾翼、剎車片及蒙皮等部位，減重效果顯著，并且碳纖維復合材料逐漸從承力、次承力結構向主承力結構方向發(fā)展。隨著軍用飛機越來越高端先進，復合材料在軍用飛機的使用量比例越來越高。以美國戰(zhàn)機為例，早期的F-16A復合材料使用比例只有2%，而以F-22和F35為代表的第四代戰(zhàn)斗機上復合材料使用比例高達24%和36%。

《2020-2026年中國碳纖維復合材料行業(yè)市場供需規(guī)模及投資價值咨詢報告》數(shù)據顯示：我國戰(zhàn)斗機使用碳纖維復合材料比例也不斷提升，殲-8使用碳纖維復合材料比例1%，J10使用碳纖維復合材料比例6%，J11碳纖維復合材料使用比例10%。另外，我國最新J20、直20大量使用復合材料。

我國現(xiàn)有各類戰(zhàn)機總數(shù)3187架，其中我國作戰(zhàn)飛機1624架、特種飛機97架、戰(zhàn)斗直升機902架、運輸機193架。

我國仍有三成比例作戰(zhàn)飛機是二代作戰(zhàn)飛機。這里作戰(zhàn)飛機包含有戰(zhàn)斗機、戰(zhàn)斗轟炸機、強擊機、戰(zhàn)略轟炸機等裝備有進攻性武器系統(tǒng)的固定翼戰(zhàn)機。我國作戰(zhàn)飛機中，有J-7、J-8二代作戰(zhàn)飛機561架，占我國作戰(zhàn)飛機比例高達34.5%；三代作戰(zhàn)飛機J-10有260架、J-11/15su-27/30/35有391架，合計651架，占我國作戰(zhàn)飛機比例為40.1%。美國作戰(zhàn)飛機基本上是三代以上作戰(zhàn)飛機，并擁有四代作戰(zhàn)飛機F-22178架，F(xiàn)-35214架。二代作戰(zhàn)飛機已經不適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭，隨著我國第三代作戰(zhàn)飛機日趨成熟，新型戰(zhàn)機殲-16，殲-10c以及五代隱身戰(zhàn)斗機殲-20的相繼服役，未來二代作戰(zhàn)飛機將逐漸退役。

C919是中國首款完全按照國際先進適航標準和主流市場標準自主研發(fā)的單通道干線飛機。首架C919客機于2017年5月5日首飛，第二架、第三架、第四架、第五架、第六架C919分別在2017年12月17日、2018年12月28日、2019年8月1日、2019年10月24日、2019年12月27日完成了首次飛行，六架試飛機全部投入試飛工作，進入大強度的試飛階段。截至2018年2月26日累計獲28家客戶815架訂單，計劃于2021年取得適航證并首架交付。

另外，中俄聯(lián)合研制的CR929寬體客機，用雙通道客艙布局，基本型命名為CR929-600，航程為12000公里，座級280座。此外還有縮短型和加長型，分別命名為CR929-500和CR929-700。目前CR929正在開展初步設計和系統(tǒng)供應商的選擇工作，力爭在2021年實現(xiàn)首架CR929開工制造。

C919