2022年中国碳纤维行业短报告：新兴领域需求爆发，产业扶摇直上

短报告| 2023/01 碳纤维行业 观点摘要 近年来，碳纤维因其耐高温、耐腐蚀、低密度等优越特性，成为了航天航空、体育休闲、风电叶片等产业下游应用领域产品优化时的原料选择。现阶段，中国碳纤维产业发展呈快速增长趋势，国家多项政策鼓励支持，龙头企业积极发力。在产能上已实现年增1万吨以上，逐渐打破国外企业的垄断局面；在技术上逐个克服高性能碳纤维研发难点，国产化进程势不可挡。虽然该行业的顶级核心技术仍由日德美等入局较早国家的头部企业垄断，但我国碳纤维产业以其惊人的成长速度逐渐缩小与该产业领先国家的差距。 本文主要关注于碳纤维企业的发展现状，探究其国产化进程以及其在风电叶片、航空航天、体育休闲等领域的应用情况及未来趋势。 国产化进程势不可挡 当前形势下，日美德等企业仍在产能和核心技术上占据领先地位，中国部分高性能碳纤维仍依赖进口。但中国行业内的龙头企业正在加快研发步伐，攻克多项碳纤维核心技术，同时推进规模化以实现低成本生产。2022年，中国已有多项碳纤维新增产能项目启动，同时多项2023的研发增产计划已相继推出，未来中国将成为国际碳纤维市场的有力竞争者， 碳纤维未来将成为风电叶片主梁的主要原材料 随着风机大型化以及叶片大型化趋势的发展，叶片轻量化已经成为风机产品优化的必然趋势。数据表明，未来三到五年主力机型将会是功率为4-6MW的风机，同时160米以上的风机也将会有较大需求。而碳纤维作为目前条件下大型风机的最优材料选择，其需求量将随着风机大型化趋势而持续增长。 碳纤维帮助推进航空航天轻量化 从飞行器出现以来，减重一直是产品优化的一大趋势。而碳纤维能够实现在减重的同时满足强度、刚度的要求，并提升其抗疲劳性、耐腐蚀性、续航能力等多个维度的性能，被广泛应用于各类型飞行器。因此，碳纤维在航天航空领域的需求将随着航空航天产业发展的步伐不断增长。 碳纤维的定义与分类 碳纤维是一种具备多种优越性能的新型材料，依据合成方式、力学性能、丝束大小等维度可以将其划分成多个类别，据悉，市面上超过90%的碳纤维为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维 碳纤维(Carbon Fiber)由碳元素构成，且其含碳量在90%以上，是一种具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀、轻质量等特性的新型纤维材料，它的耐高温性能居所有化纤材料之首。碳纤维细分产品数量众多，且因纤维种类、工艺、性能等不同被分成各个种类。 碳纤维按合成方式分类 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国碳纤维行业短报告：新兴领域需求爆发，产业 扶摇直上》 根据合成方式的不同，碳纤维能够被分成四个类别，同时这四个分类下的碳纤维材料也可以通过不同的直径大小区分开来。其中有机前驱体热解获取是当前制成碳纤维最常规的方法，具体是由有机纤维（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结构而制得碳纤维，而根据原料纤维不同又可以将有机前躯体碳纤维分为三个小类。据调查，市面上超过90%的碳纤维为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。 碳纤维按丝束大小分类 碳纤维按力学性能分类 碳纤维在风电叶片领域的应用 碳纤维复合材料应用于风电叶片领域产品升级：在风电大型化的趋势下碳纤维的需求增长是必然的，但高昂的原料价格和落后于需求的产能是当下急需解决的问题 风电叶片产品升级后的性能变化 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国碳纤维行业短报告：新兴领域需求爆发，产业 扶摇直上》 碳纤维的价格居高不下受到多个方面的影响：外部因素来看，日本要求东丽禁售高端碳纤维至中国造成了产业内供给和需求的不平衡，资源短缺直接导致价格上涨；从中国内部市场来看，碳纤维相关产业发展增速超过产能增长速度，需求的快速增长与落后的产能产生了矛盾，同时，碳纤维的成型工艺要求严格，技术要求高，难以快速大面积扩产。而碳纤维原料的价格过高直接导致了碳纤维相关产品的价格及成本上涨，这也将成为很多公司进行原料替代的阻碍。然而，当前的碳纤维产能增长趋势较为乐观，2021年中国碳纤维产能为6.34万吨，去除折算产能1万吨，仍有5.34万吨扎实产能。相较2020年3.62万吨运行产能，同比增长47.72%。照此增长速度发展下去，在未来有望通过国产化解决很大一部分碳纤维供不应求的问题。 碳纤维应用于风电叶片产品的需求分析 2021年碳纤维主梁叶片占比随主机功率的变化 2021年碳纤维主梁叶片占比随叶片长度的变化 碳纤维在体育休闲领域的应用 碳纤维复合材料应用于实现体育用品性能提升：其特性能够有效改善传统运动器材原料上的局限性；中国体育用品碳纤维用量领跑国际 中国碳纤维应用于体育用品领域的性能优势 近年来，体育健身事业蓬勃发展，随着人们对个人健康的重视程度加深，人们开始追求体育用品的高质量。 传统体育用品应用木头、钢铝等金属、玻璃纤维等作为原料，相比之下，碳纤维增强复合材料的性能更高：其密度为1.5~1.6克/立方厘米，相比于钢材的7.87克/立方厘米以及铝材的2.7克/立方厘米，它的质量性能优越很多；碳纤维复合材料的高比强度和高比模度能够直接为器材带来弹性、韧性等维度的提升，其比强度是杉木的4倍，比模量是梧桐木的4.4倍，能够很大程度上改变传统运动器材可塑性差的问题；同时，经过多次应力疲劳试验后发现其耐疲劳强度为60%，高出钢材20%，能够有效延长器材使用寿命。除此之外，碳纤维复合材料在热膨胀系数、破损安全性能、阻尼性能等多个维度上均有相对于传统材料不同程度的提升。 2021年全球体育用品碳纤维需求来源统计 碳纤维复合材料应用于体育器械的典型成型方法 单位：% 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国碳纤维行业短报告：新兴领域需求爆发，产业 扶摇直上》 根据碳纤维需求总量数据，中国体育休闲领域碳纤维需求量已于2020年首次被风电领域碳纤维需求量超过，未来可能也将继续保持此格局。2021年，全球体育休闲领域碳纤维需求总量为1.85万吨，其中钓鱼竿占比35.14%，需求量最大，高尔夫和自行车的需求量紧随其后。疫情之下，群体运动的碳纤维器材需求量，如曲棍球杆、滑雪杆等，有较大幅度的下滑；而个人体育休闲的器材包括高尔夫球杆，自行车及钓鱼竿等需求量反而上升。 在碳纤维复合材料应用于体育器械的过程中，由于不同类型的体育器械追求的综合性能不同，其加工成型方式也存在一些差异，根据具体器材的形状、类型要求选择工艺能够显著地提升其综合性能及生产效率。 2021年中国体育用品碳纤维用量全球总量占比单位：% 中国作为体育用品制造大国，在2021年体育休闲领域上的碳纤维用量为2.69万吨，约占全球使用量的94%。 6% 中国 在2016~2021年间，中国在体育休闲领域碳纤维需求量稳步上涨，复合增速达12.53%。 其他国家 随着运动健康理念的普及以及人均消费能力的持续提升，体育休闲市场对碳纤维的需求将保持长期平稳增长。 94% 碳纤维在航空航天领域的应用 碳纤维复合材料应用于航空航天领域结构轻量化：碳纤维的抗疲劳性能、耐腐蚀性能以及低密度能够帮助飞行器有效提升性能，产生经济效益 对于飞行器来说，满足强度、刚度的同时尽可能减轻重量永远是产品优化的一大方向，据悉，飞行器每减重1kg就会显著提高经济效益，且随着飞行器飞行速度的增加，其所提高的效益显著增加。如轻型民航机每减重1KG能带来60美元的收益，而航天飞机每减重1kg的经济效益将近10万美元。总体来说碳纤维在航天航空领域的应用能够有效推动其轻量化发展趋势，但对不同类型的飞行器来说，应用碳纤维的部分以及侧重提升的性能也大不相同。 碳纤维在航天航空领域的应用及性能提升情况 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国碳纤维行业短报告：新兴领域需求爆发，产业 扶摇直上》