景洪碳纤维材料进口替代研究，碳纤维材料进口替代的路径与策略研究

维材料进口替代研究显示，国际碳纤维技术和市场长期被日本和美国企业垄断，我国虽起步较早，但因工艺基础薄弱、装备技术落后，碳纤维质量低、性能稳定性差，聚丙烯腈基碳纤维国产化技术长期处于较低水平，2020年以来，受全球新冠疫情及国外政策管控影响，国内碳纤维市场供不应求，进口难度加大，这为国产碳纤维提供了发展机遇，随着国内高端碳纤维技术不断突破以及行业向生产规模化和稳定化发展，我国碳纤维进口依存度趋于下降，国产替代空间广阔。

一、碳纤维材料概述

景洪碳纤维是一种由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向堆砌所得、含碳量高于90%的材料，由上游原料丙烯腈聚合、碳化所得。它具有众多优异性能，如密度比铝低、强度比钢高，在目前已大量生产的高性能纤维中具有最高的比强度和最高的比模量，同时还具有低密度、耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、震动衰减性高、电及热导性高、热及湿膨胀系数低、X光穿透性高、非磁体但有电磁屏蔽效应等特点，被誉为21世纪的黑色黄金，在国防军工及民用领域均有广泛的应用前景，是不可或缺的国家战略性物资。

景洪

二、碳纤维的分类

1. 按原丝类型划分
   • 聚丙烯腈（PAN）基碳纤维：由于产品性能优异、工艺简单且无明显缺陷，逐步成为碳纤维市场主流，在碳纤维产品中产量占比达90%以上（部分数据显示达91%）。PAN原丝经历预氧化、碳化、石墨化三个过程，最终转变成为具备片状的石墨纤维结构。生产1吨碳纤维约需消耗丙烯腈1.96吨。
   • 沥青基碳纤维：原料调制复杂、产品性能较低，目前规模较小。但高性能沥青基碳纤维具备高刚性、高导热和高功能性，在航空航天领域仍占有一席之地。
   • 粘胶基碳纤维：碳化收率低、技术难度大、设备复杂、成本高，产量较小，主要用于耐烧蚀材料及隔热材料。
2. 按丝束规格划分
   • 小丝束（1K - 24K）：产品抗拉能力更强，生产成本更高，大多应用在国防军工以及体育用品中。
   • 大丝束（48K - 80K）：主要应用在工业、能源领域。
3. 按力学性能划分
   • 高强型（GQ）：拉伸强度大于3,500MPa。
   • 高强中模型（QZ）。
   • 高模型（GM）：拉伸弹性模量大于350GPa。
   • 高强高模型（QM）。

三、碳纤维的生产关键环节

1. 原丝生产
   • 工艺类型
     • 按照聚合和纺丝的连续性分为一步法（包括聚合、纺丝）和两步法（包括聚合、制胶、纺丝）；按照纺丝工艺，主要分为湿法纺丝和干湿法纺丝。纺丝工艺的选择及控制是保证高性能原丝稳定生产的关键因素。原丝环节成本约占碳纤维生产成本的51%，是碳纤维生产的核心环节。
     • 我国碳纤维生产企业在原丝生产方面与全球龙头公司存在差距，如在聚丙烯腈原液聚合过程中分子量和分子分布水平低等问题。
   • 对碳纤维强度的影响：碳纤维强度依赖于原丝的微观形态结构及其致密性。
2. 碳化环节
   • 我国碳纤维企业在碳化及石墨化环节中存在碳纤维原丝拉伸比较小等问题，并且在反应参数和条件摸索，工艺技术中温度、流速等条件的均一性控制方面，也与行业龙头公司存在一定差距。

四、全球碳纤维市场格局

1. 市场增长情况
   • 全球碳纤维总需求从2008年3.64万吨增长到2019年的10.19万吨，CAGR为9.81%。供给方面，在下游需求的拉动下，全球碳纤维产能持续增长，从2008年的6.2万吨增长到2019年的17.4万吨。
2. 供应商格局
   • 碳纤维全球供应商多为美日企业，2018年美日理论产能占全球比例为43%，全球龙头公司主要有日本东丽和美国赫克塞尔等。我国碳纤维国产化水平较低且多为通用型等低端产品，高强高模型碳纤维产品主要依靠进口，2018年我国碳纤维产品国产化率仅为28.52%，存在较大的提高空间。

五、我国碳纤维行业发展情况

1. 行业发展进程
   • 21世纪以来，我国大力发展碳纤维产业，国内企业逐渐打破国外技术封锁，逐步缩小与世界碳纤维先进生产技术的差距。目前我国已突破T700、T800等高性能碳纤维的千吨级产业化；2019年中复神鹰率先实现干喷湿纺T1000级超高强度碳纤维工程化，提升了我国碳纤维行业整体技术水平；此外，国产T700S - 12K小丝束碳纤维的复丝拉伸强度与模量也已达到日本东丽同级别碳纤维性能水平。根据广州赛奥《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，2021年我国碳纤维运行产能达6.34万吨，同比增长75.14%，占全球碳纤维运行产能的30.5%，产能规模全球第一，我国碳纤维行业进入快速发展阶段。
2. 政策支持
   • 国家政策持续加码支持碳纤维行业，这将助推行业进一步发展，在下游市场增长，国产替代加速，国家政策支持下，目前国内厂商如光威复材、中简科技等已研发生产出可对标美日龙头企业的高性能碳纤维产品，中国碳纤维行业将步入发展快车道。
3. 下游应用市场及潜力
   • 目前，碳纤维的主要应用领域有航空航天、汽车制造、体育休闲、建筑和工业机械、风电叶片、压力容器等领域。其中航空航天为最大的碳纤维应用市场，此外，受风电装机产能增长、国家氢能源项目推进落地、新能源汽车渗透率不断增高等因素影响，风电、压力容器、汽车用碳纤维市场将迎来发展良机。

六、碳纤维复合材料的性能与应用

1. 性能优势
   • 碳纤维最终以碳纤维复合材料形式应用在轻量化/高强/高模等领域。相较其他材料，碳纤维复合材料密度最低，根据《碳纤维复合材料在汽车轻量化中的应用》，高强度型/高模量型碳纤维复合材料密度分别为1.5/1.6g/cm3，减重率达到55% - 60%。同时，碳纤维复合材料强度/模量也高于大部分材料，高强度型/高模量型碳纤维复合材料抗拉强度分别为1400/1100Mpa，弹性模量分别为130/190Gpa（碳纤维复合材料的抗拉强度/弹性模量会小于碳纤维碳丝）。因此在轻量化/高强/高模等应用领域，碳纤维复合材料的性能优势明显。
2. 应用领域拓展
   • 随着碳纤维成本和价格的下降，碳纤维复合材料应用领域有望快速扩大。目前其在消费电子轻量化的趋势下，碳纤维复合材料在笔记本电脑的渗透率会进一步提升，并且在折叠屏手机、VR等设备上均有导入；而且在新能源汽车、无人机等领域，碳纤维复合材料都因为其优秀的材料表现均在陆续导入与使用。

景洪碳纤维进口替代的政策支持

景洪碳纤维复合材料的成本下降趋势

景洪碳纤维材料在新能源汽车中的应用