用途·军用舰船领域碳纤维复合材料的发展方向

本文摘要：（由ai生成）碳纤维是含碳量高、性能优异的新型纤维材料，广泛用于国防军工和民用领域。国际碳纤维市场稳步发展，中国产业取得突破但依赖进口。预计未来全球和中国碳纤维需求将持续增长，应用领域广泛，尤其航空航天领域价值高。国内碳纤维需求提升明显，市场形势向好。 01碳纤维行业概述碳纤维（carbonfiber，简称CF），是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。02碳纤维行业发展现状解析1国际碳纤维发展概况国际上PAN基碳纤维的生产起步于20世纪50年代末，经过70~80年代的稳定发展，90年代的飞速发展，到21世纪初其生产工艺技术已逐步成熟。行业发展初期，碳纤维主要用于军工和宇航，经过50余年的发展，现正在向工业领域和普通民用领域延伸。2018年全球碳纤维需求总量8.42万吨，其中需求量最大的三个行业分别是风电叶片1.98万吨（23.52%）、航空航天1.92万吨（22.80%）、休闲体育1.32万吨（15.68%），除此之外，汽车、混配模成型、压力容器等行业需求较大。根据碳纤维应用端其价值分布情况来看，2017年全球碳纤维总价值23.44亿美元，其中航空航天（含国防）的价值为11.52亿美元，占比达49.14%，体现了航空航天领域碳纤维应用的高附加值属性，其次在风电叶片、汽车等领域具备较大的发展潜力。2国内碳纤维发展概况我国碳纤维工业的起步可以追溯到20世纪60年代，但在关键技术、产量和行业集中度方面与西方发达国家存在较大差距。总体而言，五十多年来，我国碳纤维产业经过长期自主研发，从无到有，从小到大，打破了国外技术装备封锁，碳纤维产业化取得初步成果。从20世纪60年代的中科院山西煤化所、长春应用化学研究所、化学研究所(北京)等科研机构为主体，发展到初步形成以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维产业聚集地。近年来，在国家的大力扶持下，国内碳纤维产业取得了重大突破，碳纤维及应用领域的技术水平和产业化程度出现了加速发展的势头，进入前所未有的新的发展阶段。碳纤维复合材料由于其优良的材料性能，已经被广泛应用于航空航天（国防）、风电叶片、汽车、船舶、压力容器、建筑、电缆芯等不同行业。预计2020年全球总需求将达到11.21万吨，复合增长率达到10%2017年我国碳纤维需求达2.35万吨，同比增长达20.06%，整体上延续了近几年碳纤维需求快速增长趋势，其中有7400吨是由国产碳纤维企业生产商提供，进口碳纤维总量（1.61万吨）仍然明显高于国产量，进口替代空间巨大。未来随着国内碳纤维需求的不断增长，预计2020年我国碳纤维总需求将达3.30万吨，复合增长率超过11%；同时，随着国产碳纤维技术水平提高，我国国产碳纤维市场占比有望不断提升。03碳纤维的行业解析以及未来发展趋势2全球市场全球碳纤维需求整体上呈现稳步上升的态势，2017年全球碳纤维需求8.42万吨，2012年为4.6万吨，年均复合增长率12.7%。假设未来三年碳纤维需求复合增速为10%，则2020年碳纤维需求将达到11.21万吨。据《纤维技术》，从产品的角度，碳纤维需求最多的是标模的大丝束与小丝束碳纤维，分别占碳纤维总需求的41.45%与38.95%。其中，美国企业占据了多半大丝束市场，日本企业则占据了小丝束碳纤维领域的半壁江山。从应用领域的角度，风机叶片、航空航天、体育休闲与汽车是碳纤维应用最广的四个领域，分别占比23.52%、22.8%、15.68%和11.64%，合计占碳纤维总需求的73.63%。不同应用领域碳纤维价格差距明显，航空航天作为高性能碳纤维的主要应用领域，碳纤维平均单价明显高于其他应用领域。据赛奥碳纤维技术，2017年全球碳纤维需求23.44亿美元，其中航空航天领域需求金额11.52亿元，占比49.14%，而其用量占比仅22.8%。风机叶片碳纤维用量占比虽然最大，但由于其主要使用低成本大丝束，市场金额仅为2.77亿元，占比11.82%。2国内市场需求提升明显，整体形势向好。据复合材料网，我国碳纤维需求总量从2014年的1.48万吨，增长到2017年的2.35万吨。2015-2017年我国碳纤维需求增长率分别为14.3%、15.7%、20.1%，呈加速增长趋势。若保守估计未来三年国内碳纤维需求增长率为12%，则2020年我国碳纤维需求量为3.3万吨。进口碳纤维仍占大头，国产碳纤维需求跃升。近年来，我国碳纤维制品需求中进口产品仍占多数，但国产产品需求已从2013年的1500吨，增长至2017年的7400吨，年均复合增速高达49.03%。国产占有率已从2013年的10.8%，提升至2017年的31.51%。而进口碳纤维需求增长相对稳定，2017年需求量为1.6万吨，同比去年仅增长0.8%，其中体育休闲与工业用碳纤维进口量最大。近年来，我国碳纤维的需求量呈现波动增长的态势。以体育用品及风电叶片的劲增长带动了我国碳纤维的消费量，2011年我国碳纤维需求量仅仅达0.93万吨。2013年我国碳纤维需求量超1.5万吨。截止至2017年，我国碳纤维需求量实现高速增长，突破2万吨，达到2.35万吨，同比增长19.89%。3全球碳纤维行业竞争格局分析：美日占比大从企业角度来看，全球碳纤维企业大致可分为三个梯队：首先是兼具规模和技术优势的企业，日本东丽、日本东邦等为典型代表;其次是在特定领域具备较强竞争力的企业，比如德国西格里在汽车领域;再其次则是具备成本优势的企业，比如Formosa、Aksa、韩国晓星等。2017年，日本东丽、德国西格里、美国卓尔泰克(已被东丽收购)、三菱丽阳、日本东邦五家企业合计产能8.52万吨，占全球总产能的58%。其中，日本东丽公司仍是全球碳纤维生产第一大公司，2017年产能达到2.71万吨。017年我国国内企业碳纤维销量大约是7400万吨，销量/产能比为28.46%，同期国际销量/产能比为57.20%，如不考虑中国因素，其他国家的销量/产能比为63.40%。可见，我国碳纤维企业的销量/产能比要远低于其他国家平均水平。现今，碳纤维行业总体技术尚不成熟稳定，产品质量及性价比相对较低。不过，随着我国高端碳纤维技术的不断突破以及生产向规模化和稳定化发展，企业布局逐渐向高附加值的下游应用领域延伸，我国碳纤维行业将逐步实现进口替代，企业盈利能力有望逐步恢复，市场走向良性健康发展道路。尤其是在国务院正式发布《中国制造2025》中，对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署，明确了建设制造强国的战略任务和重点，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。04我国碳纤维行业发展趋势2碳纤维研制和产业化建设将进一步加快经过四十多年的研发和约十年的产业化建设，中国建立起了自己的碳纤维技术体系和较完整的碳纤维产业，初步形成了产业化的碳纤维研发与生产平台，建立了针对国产高性能碳纤维的应用评价、复合材料制备与应用体系。中国碳纤维制造已开始逐步打破了日、美长期的技术封锁和市场垄断局面。未来几年，在国家政策的强力支持及国内碳纤维规模化发展推动下，中国碳纤维的产业化进程将进一步加快，进一步打破国外产品和技术垄断。2碳纤维产业将加速进口替代总体来看，国内T300级和T700级碳纤维产品质量已达到国外同类产品水平，在航天航空、国防军工、体育休闲等领域部分替代进口。但是国内碳纤维行业对外依存度依然非常高，进口产品占整个市场销量的80%以上，高端产品市场甚至达到95%。国内政策已经明确提出到2020年，我国碳纤维技术创新、产业化能力和综合竞争能力达到国际水平，国家政策鼓励进口替代的意图非常明确，随着国内碳纤维产业链的不断成熟，国内碳纤维必将速度进口替代进程。2应用领域不断扩大，工业消费占比逐步上升碳纤维除了用于航天航空和风电、汽车、体育用品及国防领域等主要领域外，在轨道交通、电力输送、海洋工程、建筑补强、石油开采、压力容器等领域的需求潜力同样可观。从全球碳纤维应用来看，工业领域的应用仍占主流，我国受限于产品技术水平难以满足规模生产高端碳纤维，体育休闲领域占据了大部分市场。目前国内体育休闲市场已经逐渐饱和，未来几年，随着碳纤维生产技术的进步及工业应用领域的拓展，工业领域的占比将逐步扩大，预计到2020年将超过60%。2低端产品竞争加剧，行业开始走向整合国产碳纤维整体性能、质量与国际先进国家相比存在较大差距，产品又都集中于低端产品，纤维应用技术服务能力差，产品市场接受程度不高。大多数碳纤维企业并没有完全掌握工艺技术和设备性能，造成产品质量稳定性差，且产品同质化非常严重。初步统计的国内16家具备原丝和碳纤维产业链的企业中，有13家采用了DMSO纺丝工艺路线。所有的碳纤维企业都以生产高强型T300级和T700级以及高强中模型T800级碳纤维为主，产品又都集中在3K、6K、12K、24K，而24K以上的大丝束品种基本没有生产。总结中国碳纤维产品向稳定性、高端化方向发展。虽然目前国内碳纤维生产企业中设计产能千吨级以上的有3-4家，还缺乏核心技术团队，但随着国内需求的稳定增长，实现产品的稳定化生产，必将实现技术突破，形成体系化、系列化的碳纤维产业链发展模式，打破国外高端领域的垄断。碳纤维行业是技术和资金高度密集型行业，要想参与国际竞争，可以通过兼并购整合资源以形成大规模的碳纤维生产企业。通过布局体系化、系列化的全产业链，碳纤维企业可以压缩成本、增加盈利点，更有能力面对国际巨头的竞争。特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络，发布的目的在于传递更多信息及分享，并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。版权归原作者所有，任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议，请第一时间联系我们，我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展，本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台，对广告内容的真实性或有效性不做评价，请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关，特此声明。来源：碳纤维生产技术