碳纖維行業(yè)分類及產(chǎn)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(jī)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(jié)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(jī)高分子纖維.碳纖維按照原絲類型分類分類優(yōu)勢劣勢

應(yīng)用現(xiàn)狀聚丙烯腈（PAN）基成品品質(zhì)優(yōu)異，工藝較簡單，產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)良-已經(jīng)成為碳纖維主流瀝青基原料來源豐富，碳化收率高原料調(diào)制復(fù)雜，產(chǎn)品性能較低目前規(guī)模較小粘膠基高耐溫性碳化收率低，技術(shù)難度大，設(shè)備復(fù)雜，成本高主要用于耐燒蝕材料及隔熱材料碳纖維按照絲束大小分類分類特點(diǎn)

應(yīng)用領(lǐng)域小絲束初期以1K、3K、6K為主，逐漸發(fā)展為12K和24K主要應(yīng)用于國防軍工等高科技領(lǐng)域，以及體育休閑用品，如飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和漁具、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等大絲束48K以上碳纖維稱為大絲束碳纖維，包括48K、60K、80K等主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，包括：紡織、醫(yī)藥衛(wèi)生、機(jī)電、土木建筑、交通運(yùn)輸和能源等

一、現(xiàn)狀

碳纖維“剛?cè)岵?jì)”,具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,密度不到鋼的1/4、強(qiáng)度是鋼的5-7倍,是目前已大量生產(chǎn)的高性能纖維中具有最高的比強(qiáng)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(dǎo)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(yīng)等特點(diǎn),是發(fā)展國防軍工與國民經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略物資,廣泛應(yīng)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(jī)械、交通運(yùn)輸、建筑及其結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等領(lǐng)域.

用碳纖維復(fù)合材料代替鋼或者鋁,減重效率可達(dá)到20%-40%,因此在航空航天領(lǐng)域得到廣泛青睞.飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料約占起飛總重量的30%左右,減輕結(jié)構(gòu)材料的重量可以帶來許多好處.對軍用飛機(jī)而言,減重在節(jié)省燃油的同時擴(kuò)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(jī)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(jīng)濟(jì)效益.各種飛行器減重的經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)分析表種類效益/（美元/KG）輕型民航機(jī)60直升機(jī)100航空發(fā)動機(jī)450戰(zhàn)斗機(jī)450干線飛機(jī)450超音速民航機(jī)

1000近地軌道衛(wèi)星2000同步軌道衛(wèi)星20000航天飛機(jī)30000

2018年,全球碳纖維需求量9.26萬噸,其中風(fēng)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%.全球碳纖維下游需求不同行業(yè)占比

美國、日本、中國碳纖維理論產(chǎn)能占比到達(dá)6600%%,集中度非常高.2018年,全球碳纖維理論產(chǎn)能達(dá)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(chǎn)能為3.73萬噸,占比24%；日本碳纖維理論產(chǎn)能為2.91萬噸,占比19%；中國大陸的碳纖維產(chǎn)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）.全球各國碳纖維理論產(chǎn)能占比

碳纖維價格區(qū)別非常大.不同型號及不同應(yīng)用領(lǐng)域的碳纖維價格區(qū)別巨大,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(dá)到了每千克萬元.比如T300級別的碳纖維,用于風(fēng)電葉片（＞24K）產(chǎn)品單價大概80元/千克左右,而用于軍工領(lǐng)域（3K、6K）的產(chǎn)品單價卻達(dá)到了1000-3000元/千克.原因是由于高品質(zhì)小絲束纖維的工藝流程長、控制精度高、生產(chǎn)效率低,導(dǎo)致出品單位質(zhì)量纖維的能耗成倍增長.另外,軍工領(lǐng)域用碳纖維,有時候需要專線專用,使得生產(chǎn)成本更加高昂.碳纖維不同應(yīng)用領(lǐng)域價格區(qū)別應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)碳纖維材料絲束大小價格區(qū)間（元/千克）國防軍工、航天T1000、T800、T300、M系列高模3K、6K、12K1000-10000民用航空T800、T3003K、6K、12K800-1500通用飛機(jī)、無人機(jī)T700、T3003K、6K、12K500-600體育、建筑補(bǔ)強(qiáng)T700、T30012K100-140壓力容器T1000、T800、T70012K140風(fēng)電T300＞24K

80軌交汽車、電纜芯T700、T30012K、24K100-140

二、產(chǎn)需

碳纖維復(fù)合材料由于其優(yōu)良的材料性能,已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于航空航天（國防）、風(fēng)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(fù)合材料需求達(dá)到8.42萬噸,預(yù)計2020年全球總需求將達(dá)到11.21萬噸,復(fù)合增長率達(dá)到10%.2008-2020年全球碳纖維需求量及預(yù)測

碳纖維生產(chǎn)全過程流程長,工序多,技術(shù)和生產(chǎn)壁壘高是中國“有產(chǎn)能,無產(chǎn)量”的重要原因.聚丙烯腈（PAN）基碳纖維的生產(chǎn)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(jīng)過整理后,送入氧化爐制得預(yù)氧化纖維（俗稱預(yù)氧絲）,預(yù)氧絲進(jìn)入碳化爐制得碳纖維,碳纖維經(jīng)表面處理、上漿即可得到碳纖維產(chǎn)品.全過程連續(xù)進(jìn)行,任何一道工序出現(xiàn)問題都會影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量.中國碳纖維主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能

碳纖維因其“輕而強(qiáng)”和“輕而硬”的特性,被廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)和直升機(jī)的機(jī)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(fù)合材料逐漸從承力、次承力結(jié)構(gòu)向主承力結(jié)構(gòu)方向發(fā)展.隨著軍用飛機(jī)越來越高端先進(jìn),復(fù)合材料在軍用飛機(jī)的使用量比例越來越高.以美國戰(zhàn)機(jī)為例,早期的F-16A復(fù)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(jī)上復(fù)合材料使用比例高達(dá)24%和36%.美國軍用飛機(jī)所用不同材料占比戰(zhàn)機(jī)型號鋁合金鈦合金復(fù)合材料F14A39%24%1%F15A36%17%2%F16A64%3%2%F1849%13%10%F2211%41%24%

中國戰(zhàn)斗機(jī)使用碳纖維復(fù)合材料比例也不斷提升,殲-8使用碳纖維復(fù)合材料比例1%,J10使用碳纖維復(fù)合材料比例6%,J11碳纖維復(fù)合材料使用比例10%.另外,中國最新J20、直20大量使用復(fù)合材料.中國戰(zhàn)斗機(jī)使用碳纖維復(fù)合材料比例也不斷提升

中國現(xiàn)有各類戰(zhàn)機(jī)總數(shù)3187架,其中中國作戰(zhàn)飛機(jī)1624架、特種飛機(jī)97架、戰(zhàn)斗直升機(jī)902架、運(yùn)輸機(jī)193架.

中國仍有三成比例作戰(zhàn)飛機(jī)是二代作戰(zhàn)飛機(jī).這里作戰(zhàn)飛機(jī)包含有戰(zhàn)斗機(jī)、戰(zhàn)斗轟炸機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)、戰(zhàn)略轟炸機(jī)等裝備有進(jìn)攻性武器系統(tǒng)的固定翼戰(zhàn)機(jī).中國作戰(zhàn)飛機(jī)中,有J-7、J-8二代作戰(zhàn)飛機(jī)561架,占中國作戰(zhàn)飛機(jī)比例高達(dá)34.5%；三代作戰(zhàn)飛機(jī)J-10有260架、J-11/15su-27/30/35有391架,合計651架,占中國作戰(zhàn)飛機(jī)比例為40.1%.美國作戰(zhàn)飛機(jī)基本上是三代以上作戰(zhàn)飛機(jī),并擁有四代作戰(zhàn)飛機(jī)F-22178架,F-35214架.二代作戰(zhàn)飛機(jī)已經(jīng)不適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭,隨著中國第三代作戰(zhàn)飛機(jī)日趨成熟,新型戰(zhàn)機(jī)殲-16,殲-10c以及五代隱身戰(zhàn)斗機(jī)殲-20的相繼服役,未來二代作戰(zhàn)飛機(jī)將逐漸退役.二代作戰(zhàn)飛機(jī)仍占中國作戰(zhàn)飛機(jī)中三分之一

C919是中國首款完全按照國際先進(jìn)適航標(biāo)準(zhǔn)和主流市場標(biāo)準(zhǔn)自主研發(fā)的單通道干線飛機(jī).首架C919客機(jī)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(jī)全部投入試飛工作,進(jìn)入大強(qiáng)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(jī),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(shè)計和系統(tǒng)供