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2019年全球与中国碳纤维行业发展格局及应用领域分析[图]

2020年02月28日 13:49:21字号:T|T

    随着碳纤维技术的不断发 展,碳纤维应用领域不断扩大,需求也呈上升趋势,预 计到 2020 年,全球碳纤维需求总量将达到 112.1 千吨, 年均复合增长率达到 9.83%;预计 2020 年国内碳纤维需 求将达到 40.29 千吨左右,年均增长速率约 14.19%。在 市场规模方面,目前国内的碳纤维主要应用于体育休闲等领域,国外已经成熟运用的航空航天和工业领域将成 为未来国内市场的主要增长来源。

    碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)是由有机 纤维(粘胶基、沥青基、聚丙烯腈基纤维等)在高温环境下裂解碳化形成碳主链机构 的无机纤维,是一种含碳量高于90%的无机纤维。碳纤维具有目前其他任何材料无可 比拟的高比强度(强度比密度)和高比刚度(模量比密度),还具有低比重、耐腐蚀、 耐疲劳、耐高温、膨胀系数小等特性,被誉为“新材料之王”,广泛应用于国防工业 以及高性能民用领域,主要包括航空航天、海洋工程、新能源装备、工程机械、交通 设施等,是一种国家极需、应用前景广阔的战略性新材料。

    一、全球格局

    碳纤维在世界的发展已有百年,最早萌芽于 19 世纪 80 年代白炽灯的发明,经过约半个世纪的停滞,随着 20 世纪中期基础研究的 发展与化学纤维的出现,高性能碳纤维在美国得以问世。尤其是 70 年代以后,碳纤 维凭借其优异的特性在下游产业中迅速商业化,更多的企业尝试将碳纤维应用于自 身产品中,自此碳纤维迈入高速发展期。20 世纪 70 年代,碳纤维在体育休闲领域大 放异彩;80 年代,碳纤维越来越多地应用于航空航天与汽车领域;到 21 世纪,以 VESTAS 为首的风电生产企业尝试将碳纤维应用于风电叶片中。2018 年,全球碳纤维 理论产能已达到 154.8 千吨,并在风电叶片、航空航天、体育休闲等多个领域得到广泛应用。

    世界碳纤维发展史梳理

数据来源:公开资料整理

    二、全球主要应用

    全球碳纤维主要应用于风电叶片、航空航天、体育休闲与汽车等领域。碳纤维 2018 年全球需求量达到 92.6 千吨,总价值达到 25.71 亿美元。在细分市场的应用上,风电叶片、航空航天、体育休闲及汽车领域的需求达到 68.1 千吨,占据碳纤维全球需求总量的 73.5%;而从价值上看,航空航天、体育休闲、风电叶片和汽车领域合计达 到 20.91 亿美元,占比进一步提升,达到 81%。

    2018 年 航空航天的碳纤维需求量 21 千吨,占当年总需求量的 23%,稍落后于风电叶片 22 千 吨;但在价值上,航空航天需求高达 12.6 亿美元,占当年碳纤维市场总价值的 49%, 约为其他应用领域之和,造成差异的主要原因是航空航天用的碳纤维单价大幅高于 其他民用碳纤维:航空航天领域碳纤维的单价为 6 万美元/吨,远高于碳纤维整体单 价 2.78 万美元/吨。

    2018 年碳纤维需求数量(千吨)

数据来源:公开资料整理

    2018 年碳纤维总价值(百万美元)

数据来源:公开资料整理

    2008年全球碳纤维需求 量36.4千吨,2018年达到92.6千吨,十年间的平均增长率为9.8%,且近年来增长率有 所提升,2015-2018年间的增长率分别为28%、15%、7%、10%,平均而言高于此前的增 长率。若按每年10%的增长率计算,预计2019与2020年全球碳纤维的需求量将分别达 到101.9与112.1千吨。

    2008-2020年全球碳纤维需求量及预测

数据来源:公开资料整理

    三、国内现状

    国内碳纤维近年来取得较快发展。我国聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的研究起步于20世 纪60年代,最早从事碳纤维研发的机构主要为中科院山西煤化所、长春应用化学研究所、化学研究所(北京),但由于工艺基础薄弱、装备技术落后、西方国家技术封锁 等原因,聚丙烯腈(PAN)基碳纤维国产化技术长期徘徊在较低水平。2002年建成第 一条二甲基亚砜原丝工程化线后,国产化聚丙烯腈(PAN)基碳纤维实现转型升级, 国家科技部设立了“863”计划,重点支持国产聚丙烯腈基碳纤维的工程化研究,国家发改委、工信部等也加大支持工程化、产业化及其应用,国产碳纤维进入有序发展阶段。

    目前国内碳纤维产业主要聚集于江苏、山东、吉林等地,具有较高的市场集中度。21 世纪以来,在国家大力扶持下,国内碳纤维产业取得了重大突破,初步形成了以江苏、 山东和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地。截止2018年,全国约有20 余家聚丙烯腈基碳纤维生产企业和6家碳纤维研究单位,其中产能千吨以上的企业有 8家,这8家占据了国内大部分碳纤维市场。2018年全国碳纤维理论产能为26.8千吨, 8家千吨级碳纤维企业的理论产能已经达到23.3千吨,占比86.94%,具有较高的市场 集中度。

    2018 年碳纤维企业理论产能

数据来源:公开资料整理

    自21世纪以来,碳纤维得到政府的 高度重视,国家出台一系列政策支持碳纤维产业的发展,自此碳纤维步入快速发展期。 国家在《国务院关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知》中明确提出“重点研 制碳纤维及其复合材料、高温合金、先进半导体材料、新型显示及其材料、高端装备 用特种合金、稀土新材料、军用新材料等,突破制备、评价、应用等核心关键技术”; 《中国制造2025》中碳纤维被列为关键战略材料之一,并要求到2020年,国产碳纤维复合材料要满足大飞机技术要求,国产碳纤维用量要达到4000吨以上;到2025年高性能碳纤维基本实现自主保障。在国家的大力推动下,碳纤维行业将吸引越来越多的资金和人才加入其中,随着下游产业应用范围的扩大,碳纤维行业未来有望获得广阔发展。

    四、国内主要应用

    全球碳纤维主要应用于风电叶片、航空航天、体育休闲和汽车领域,其中数量占比最大的是风电叶片,2018年达 到22千吨,占当年全球碳纤维需求量的23%;以金额统计,占比最大的是航空航天, 2018年达到12.6亿美元,占当年全球碳纤维应用领域的49%。目前国内对于碳纤维的 需求主要集中于体育休闲和风电叶片,2018年国内碳纤维的总需求量为31千吨,体育 休闲和风电叶片领域对碳纤维的需求量为19.5千吨,占比达到国内总需求量的66.2%, 航空航天的占比仅3.2%,假设应用于航空航天领域碳纤维的单价是其他领域的3倍,按金额计算则航空航天领域的碳纤维占比仅9%,远低于国际水平。未来国产碳纤维将更多应用于航空航天领域,这将极大地促进国内碳纤维的发展。

    国内碳纤维主要应用领域占比

数据来源:公开资料整理

    由于碳纤维复合材料在结构 轻量化中无可替代的材料性能,在军用航空的应用领域得到了广泛应用和快速发展, 从1969年起,美国F14A战机碳纤维复合材料用量仅有1%,到美国F-22和F35为代表的 第四代战斗机上碳纤维复合材料用量达到24%和36%,在美国B-2隐身战略轰炸机上, 碳纤维复合材料占比更是超过了50%,用量与日俱增。我军战斗机以二代和三代机为主,老式战机占比较高。我国约60%的军用飞机面临退役,换成以三代、四代战斗机为标志的新一代空战力量,这将在很大程度上推动军用飞机的需求,为我国军用飞机制造业提供了难得的发展机遇,将拉动对高端碳纤维复合材料的需求。

    2018年中国现役战斗飞机为3187架,若按60%的比例进行更新换代约需更换1912架,以歼20作为新机参考标准,复合材料约为20%,空机的重量为17吨,则全面更新换代后需要复合材料6501.5吨。假设全部使用碳纤维复合材料,以每吨6万美元的均价计算,将带来3.9亿美元的市场。

    各国军用飞机现役数量(架)

数据来源:公开资料整理

    随着国民经济持续高速增长,航空运输需求旺盛,中央和地方政府不断加大对民用机场建设的投入,民用机场建设掀起新一轮发展高潮,极大促进了国内民用航空产业的高速发展, 客机需求数量激增。同时,国内民用飞机对于碳纤维复合材料的使用占比较低。目前最新的B787和A350,碳纤维复合材料的用量达到了50%以上,而中国的C919飞机复合 材料约为12%。C919已累计有815架订单,每架空机重量为42吨, 则总计需要4107.6千吨复合材料。假设所需复合材料均为碳纤维复合材料,以每吨6 万美元的均价计算,则C919飞机既有订单的全面交付将带来2.46亿美元的市场。未来以C919为代表的国产大型客机商业化,将为碳纤维在民用航空领域提供了更大的发展机遇。

    五、碳纤维供需

    智研咨询发布的《2020-2026年中国碳纤维材料行业市场发展规划及投资趋势分析报告》数据显示:2018年国内碳纤维需求达到31千吨,占全球碳纤维需求的33.48%,对比2017年的23.5千吨,增速达到32%,同期全球碳纤维需求的增长率约为10%。2008-2018十年间,国内碳纤维的需求量从8.2千吨增长至31千吨,年均增长率达到14.22%,高于9.8%的世界平均增长率;自2015年以来,国内碳纤维需求 的增长率始终维持在较高水平,并有加速上升的趋势。若按14%的增长率计算,预计到2020年,国内碳纤维的需求将达到40.29千吨。

    2008-2019年国内碳纤维需求

数据来源:公开资料整理

    2008年国内碳纤维的需求为8200吨,其中国产碳纤维为200吨,占比2.44%;2018年国内碳纤维的需求为31千吨,其中国产碳纤维为9千吨,占比29.03%。国内需求中国产 碳纤维的年增长率约46.33%,高于国内碳纤维需求的增长率(14.22%),碳纤维国产 化率逐年上升。若以40%的增长率计算,2020年国内碳纤维40.29千吨的需求中将有 17.64千吨的国产碳纤维,占比提升至43.79%。

    国内需求中国产碳纤维趋势

数据来源:公开资料整理

    目前国内碳纤维的销量/产能比仍处于较低水平,未来随着销量/产能比的提高,国内碳纤维的实际销量有望大幅增加。

    国内碳纤维增长情况

数据来源:公开资料整理

    国内碳纤维需求供应地(吨)

数据来源:公开资料整理

    国内碳纤维需求供应地(千美元)

数据来源:公开资料整理

    受益于下游需求的增长、国产化率的提高以及国家政策的支持,过去十年间国内碳纤维需求量的年化增长率达到14.22%,且近年来始终维持较高的增长率,预计未来仍有望保持10%以上的增长率。从结构来看,目前国内碳纤维主要应用于体育休闲与风电叶片,应用于航空航 天领域的较少,预计未来国内碳纤维的应用领域将逐渐与国际趋于一致,随着军用飞机的更新换代以及以C919为代表的国产大型客机的商业化,碳纤维在航空航天领域占比将逐渐提升。 

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