杏彩体育官网碳纤维行业深度报告：技术引领、格局演变、海外启示

杏彩体育网页版碳纤维是由有机纤维（合键是聚丙烯腈纤维）经碳化及石墨化处罚而取得的微晶石 墨原料纤维。碳纤维的含碳量正在90%以上，拥有强度高、质地轻、比模量高、耐腐 蚀、耐疲倦、热膨胀系数幼、耐上下温等卓越机能，是军民用紧要根本原料，使用于 航空航天、体育、汽车、开发及其组织补强等范畴。树脂基碳纤维模量高于钛合金等 古板工业金属原料，强度通过安排可抵达高强钢秤谌，昭彰高于钛合金，正在机能和 轻量化两方面上风都较为昭彰。碳纤维本钱也相对较高，固然目前正在航空航天等高 精尖范畴已一面庖代古板原料，但对力学机能央求相对不高的古板行业则更尊重经 济效益，古板原料照旧为主力军。

全财产链看，创造碳纤维产物的上游原丝端与中游复合原料均是碳纤维财产链的核 心合节，全部创造的全合节身手壁垒均高。行为碳纤维的先驱体，高质地的PAN原 丝是造备高机能碳纤维的前大纲求，但个中的荟萃、纺丝、碳化、氧化等工艺并非夙夜不妨完毕，其财产化工艺以及反响安装中央身手是枢纽。

处于上游的碳纤维分类体例较多，可依照丝束巨细分为幼丝束和大丝束，该分类方 式易于区别其下游墟市。幼丝束合键是指24K以下（指碳纤维丝束中单丝数 量,1K=1000根），因其机能较为优异，常用于航空航天等范畴。大丝束目前常为36K、 48K，因其碳纤维粘连、断丝等情景较多，使强度、刚度受到影响，于是机能相对较 低、分别性也较大。但大丝束碳纤维坐褥本钱较低，一面机能优于幼丝束，48K大丝 束最大的上风，坐褥和使用作用高，能够大幅度完毕低本钱的方针，从而冲破碳纤维奋发价钱带来的使用范围。故大丝束碳纤维被称为工业级碳纤维，合键使用于汽 车、风电等工业范畴。

碳纤维造备进程中，质地过合的原丝是财产化的条件。碳纤维的强度明显地依赖于 原丝的致密性和微观样式组织，质地过合的原丝是完毕财产化的条件，是不变坐褥 的根本。目前，比拟常用的纺丝工艺是湿法纺丝、干湿法（干喷湿纺）纺丝。正在致密 性方面，干喷湿纺纺丝工艺是高机能碳纤维原丝的主流造备本事，且本钱比拟于湿 法较低。

碳纤维身手兴盛至今仍旧历三代变迁，同时完毕高拉伸强度和弹性模量是目前碳纤 维研造进程中的身手难点。近年明天美从两条分别身手途径正在第三代碳纤维上获得身手打破， 并希望正在他日5-10年内完毕工业化坐褥，看待抬高战机、军火的作战才具意旨强大。 东丽操纵古板的PAN溶液纺丝身手使碳纤维强度和弹性模量都取得较大提拔：通过 精密把握碳化进程，正在纳米标准上改观碳纤维的微组织，对碳化后纤维中石墨微晶 取向、微晶尺寸、缺陷等举行把握。以东丽较为先辈的T1100G为例，T1100G的拉 伸强度和弹性模量分袂为6.6GPa和324GPa，比T800抬高12%以及 10%，正进入产 业化阶段。美国佐治亚理工学院从原丝造备工艺入手，操纵改进的PAN基碳纤维凝胶纺丝身手，通过凝胶把荟萃物连结正在沿道，形成强劲的链内力和微晶取向的定向 性，保障正在高弹性模量所需的较大微晶尺寸情形下，仍具备高强度，将碳纤维拉伸 强度提拔至5.5～5.8GPa，拉伸弹性模量达354～375GPa。

碳纤维复合原料是下游墟市的使用花样。复合原料是由两种或两种以上分别性子的 原料，通过物理或化学的本事，正在宏观上构成拥有新机能的原料。百般原料正在机能 上相互扬长避短，形成协同效应，使复合原料的归纳机能优于原构成原料以知足各 种分别的央求。复合原料依据分别物相正在空间上的相连性，能够将其分为基体与增 强原料。寻常而言，碳纤维不孤独使用于下游范畴，常行为加强原料造成复合原料。

碳纤维复合原料的造备难度，一方面正在于基体树脂原料的抉择，另一方面正在于成型 身手。基体树脂原料的机能以及相对应的与碳纤维的配套编造，断定的是原料安排 合节。但正在该合节完工之后，无论创造试样依旧量产，都离不开成型以及合联身手， 固然实践上两个合节不行十足离开。成型加工进程付与原料必定的样式，使之表示 出需要的特质，与此同时，碳纤维复合原料成型中一面身手的凯旋 完毕，是碳纤维正在贸易航空范畴得以周围化使用的条件。用于航空航天范畴的CFRP构件此前多人应用预浸料工 艺，可是预浸料工艺的本钱较高，因预浸料的减少和铺叠进程是人为本钱和工艺时 间花费最大的合节。为厘正这一情形，飞机创造商与原料供应商协同研商斥地出了 主动铺放成型身手，抵达了通过主动化和高速化完工对大型复合原料部件的成型、 抬高坐褥作用、低浸坐褥本钱的方针。日常应用铺放成型身手能够比其他的成型工 艺淘汰本钱起码30%~50%。恰是因为主动铺放成型身手的展示，CFRP正在商用客机 上的周围化使用才不妨成为实际。

国内主动复合原料主动铺放身手获得转机。飞机复合原料主承力构件合键 采用预浸料成形身手创造，而主动铺放成形是取代人为铺叠、抬高质地和坐褥作用 的枢纽，正在创造大型复合原料构件时上风极为卓越。海表主动铺放身手虽已成熟， 但仍正在一向兴盛和先进，并通过斥地新身手来完毕复合原料构件低本钱高效益创造； 中国国内主动铺放身手起步10多年，已有了长足先进，身手成熟度正在一向抬高。中航复 材原料有限仔肩公司“正在国内率先将数字化下料、激光投影和主动铺带身手使用于 型号产物的研造和批量坐褥，低浸了本钱，缩短了创造周期，保障了产物的质地稳 定性和划一性，缩短了与兴盛国度的秤谌差异”。归纳来看，国内正在基体树脂原料、 成型工艺身手方面仍有较大的先进空间。

高端墟市对碳纤维及其复合原料有高机能央求，加倍正在航空航天等高端设备范畴， 而中低端范畴本钱比赛较为激烈。整个看，航空航天范畴高端设备及民航碳纤维商 业形式及驱动力存正在必定分别。航空高端设备对碳纤维的需求更重视机能身分，而 民用航空范畴合切直接及间接本钱身分。但因身手难度大、客户绑定深，航空航天 范畴总体仍表示为高毛利率特质。中低端范畴对碳纤维性价比央求高，本钱比赛较 为激烈。本钱比赛一方面表示为下乘客户议价权较强。正在常用的范畴如风电、开发 原料等，碳纤维复合原料创造工艺相对容易，且下游风电整机厂商客户较为会合， 买家议价权较强，可正在碳纤维财产链中的分别合节选定分别供应商。如风电厂商维 斯塔斯帮帮光威复材调和一面碳纤维从台塑进口，表示对本钱以及分别上游供应商 会合度的考量。本钱比赛的此表一方面常表示为碳纤维坐褥商主动绑定大客户。碳 纤维举座拥有明显的周围效应，产量的减少利于抬高碳纤维创造商的剩余才具，绑 定大客户利于借帮其墟市需求较为不变的增进饱满阐发周围上风。另表，固然碳纤 维拥有较优异机能，但因为大批客户仍出于对“新事物”的忧虑，以及碳纤维复合材 料的可安排性导致必要与客户举行深度绑定以最大化阐发碳纤维机能，碳纤维使用 局限现阶段已经受必定局限。

民用航天航空范畴，统筹机能及本钱。一方面，民用航空因为安然性是首要考量的 身分，原料厂商必要正在前期进入飞机安排合节，与飞机整机安排商与创造商协同接 受适航审查，无形中表示了卡位上风，也加宽了民航财产链碳纤维创造企业护城河。 比如，日本东丽T700系 列碳纤维的研造，是针对波音公司对民机减重的央求下，对一面承力构件举行轻量 化安排的进程中所提出的央求而举行斥地的。另一方面，民航创造商因航油价钱高 昂，抵达轻量化方针的需求比其他范畴更为剧烈。当本钱端抵达创造本钱低于后期 精打细算燃油用度时，民用航空范畴大周围应用碳纤维复合原料才成为可以。据上文所 述，航空用碳纤维预浸料主动铺叠身手的凯旋贸易化，是民航周围化应用碳纤维复 合原料的条件。后期跟着碳纤维复合原料造备工艺的提拔，民用航空上应用比例有 望逐渐抬高。

中低端产物以工业范畴为主，性价比央求更高，本钱比赛激烈。因为身手壁垒，大 丝束碳纤维创造的中央身手根本上依旧被美日垄断把控，但国内企业已逐步注重大 丝束碳纤维范畴的财产化。

从本钱组织来看，原原料与能耗组成碳纤维合键本钱。能耗是PAN碳纤维总本钱中最高 的一面，约占34%。并且碳纤维本钱看待能源价钱变更最为敏锐，能源价钱每千瓦 时变更0.01欧元，每千克碳纤维本钱变更0.83欧元。其次是先驱体所用原料本钱，即 丙烯腈、甲基丙烯酸酯、衣康酸，占比约19%，个中丙烯腈每千克价钱变更0.01欧元则碳纤维本钱每千克变更0.02欧元。末了是修造的摊销本钱占约18%。

阐发周围上风是短期降本钱的合键途径，寻找性价比高的先驱体（PAN原丝）、提 高转化进程中的工艺身手以及笔直整合下游则属于持久低浸本钱的合键思绪。（1） 通过扩展工场周围和坐褥线周围能够 明显碳纤维创造低浸本钱；（2）寻找原原料取代品，好比以木质素(硬木或软木)作 为取代PAN原丝的资源可低浸本钱；（3）正在原丝转化成碳纤维的转化进程，通过使 用先辈的氧化碳化修造和加工工艺，优化表观处罚进程可低浸本钱；（4）整合下游 财产从而淘汰中央合节本钱，好比SGL集团与德国宝马公司协同投资修立低本钱碳 纤维工场，以及日本东丽集团、三菱公司也与丰田汽车公司完毕合营，欲望斥地新 一代低本钱碳纤维复合原料直接操纵到下游汽车财产中，淘汰中央无谓吃亏以低浸 最终产物的本钱。

碳纤维行业拥有昭彰周围效应，扩展坐褥周围利于低浸碳纤维合键创造合节的本钱。 正在碳纤维的造备进程中，比拟于基准产量，通过扩 大产能各合节单元本钱均有消浸：原丝工序合节的单元本钱可低浸8%，不变化与氧 化低浸36%，碳化、石墨化低浸36%，表观清理低浸11%，卷曲与包装低浸33%，其 中扩产对氧化碳化高能耗工序降本钱成果更为昭彰，周围效益明显。

以中简科技为例，其主开业务的本钱组成中创造用度占比拟高，创造用度合键为生 产合节的资产折旧与摊销，以及燃料、动力、蒸汽等支付。2018-2020年创造用度占 主开业务本钱的比重分袂为73.22%、76.28%及75.53%。合键情由是碳纤维坐褥具 有占地面积大、修造价钱高的特质，各期折旧摊销较大，以及碳纤维坐褥所需的能 源花费较大，导致创造用度占比拟高。于是正在短期内，扩展产能、抬高产能操纵率是 低浸本钱的紧要途径。

优化原丝创造工艺能够抬高坐褥作用，缩短工序耗时长度，从而扩展产量低浸摊销 本钱，短期看干湿法纺丝已经是主流，但持久或被PAN基碳纤维原丝熔融纺丝工艺 等庖代。美国的橡树岭国度实习室从2007年发轫连续竭力于寻找低本钱原原料，相 继斥地了聚烯烃和木质素原料的碳纤维先驱体。但因为斥地难度大，完毕扩产成熟 操纵尚有必定难度。正在同样的纺丝设备及能源花费要求下，干湿法纺丝的归纳产量是湿法纺丝的2-8倍， PAN基碳纤维丝束的坐褥本钱可低浸75%。以中简科技2018年测算杏彩体育官网，除折旧表的一 切用度与产量成比例增进，折旧费暂且保留稳定的情形下，总共用干湿法顽固预计 希望使单元碳纤维本钱消浸15%-27%。参考Textile Study Center，熔纺纺织速率达 2500-3000ft/min,而湿纺速率仅为150-300ft/min，坐褥作用的上风完毕了熔纺工艺的 本钱厘正。

重视创造修造的自研，抬高修造和工艺立室度从而抬高产能操纵率来低浸本钱。碳 纤维自研发以还连续被视为高端设备用原料，是以西方国度对我国实行苛刻的身手 和修造禁运。日系公司则通过对碳纤维枢纽产物的身手禁运，对通用型产物举行低 价挤压，从而压造国内碳纤维的研发转机。据赛奥碳纤维身手，2020年我国碳纤维 企业的产能操纵率正在50%独揽，较2017年已有较大提拔。中国目前已超过了低达产 率的史书阶段，秤谌正趋近国际秤谌，但仍有提拔空间。

与此同时，海表龙头企业多人造成全财产链遮盖，有利于低浸本钱，而国内企业产 业链的各个合节较为分别。因为碳纤维行业拥有高资金加入和高身手壁垒，海表龙 头企业起步早、身手强，修造、工艺、原料等多人属于自帮研发，寻常完毕从原丝到 下游墟市全财产链遮盖并造成一面产物内销低浸周转本钱，并正在产物上造成分别化 比赛，而国内企业合节较为分别。碳纤维复合原料修造多由美国公司垄断，如主动铺丝机、层合固化设备等， 上述情由使得我国碳纤维复合原料举座上尚处于起步阶段。国内一面公司固然具备必定坐褥复合原料的才具，但比拟于环球当先企业，已经存正在必定的差异。（叙述由来：他日智库）

CFRP使用场景渊博，使用比例抬高，墟市空间空阔。碳纤维复合原料是指起码有一 种加强原料是碳纤维的复合原料，个中最常见的是树脂基碳纤维复合原料（CFRP）。 因为CFRP比强度、比弹性模量等板滞机能，以及耐疲倦性、不变性等比拟古板原料 有昭彰上风，是以正在良多范畴内对金属原料，加倍是轻质金属原料造成比赛庖代的 现象。CFRP使用场景渊博，正在航空航天和体育歇闲范畴率先造成大周围墟市，而随 着21世纪以还碳纤维及其复合原料创造本钱一向消浸，正在汽车创造、风力发电等领 域使用比例正在一向抬高。

CFRP下游墟市分别化的需乞降创造特质使得分别范畴碳纤维的机能、本钱均有所 分别，各个墟市的驱动力及潜正在天花板也有所分别。KSI是板滞强度单元，显示单元 面积上所能经受的压力。按本钱成果分类，当碳纤维处正在500-750KSI，即30-35MSI 时，称其为中性种别，此时必要正在原料的本钱和发挥之间相衡量；当碳纤维处正在250- 500KSI，即

航空原料兴盛至今历经四代变迁，复合原料将是他日飞机首选的航空组织合键原料。 航空范畴不时率先应用先辈原料以抬高设备机能，从钢铁到铝合金到钛合金到碳纤 维等复合原料，他日碳纤维等复合原料比重将一向扩展。第一代航空原料以木、布 为主，因为强度较低，很疾改革为第二代的钢、铝金属组织，铝合金密度更幼，有利 于抬高飞机的强度和安然性；第三代航空原料参加了钛合金原料，拥有高耐热性和 更高的强度，开始被使用于耐高温部件并向其他部件扩展；第四代和第五代航空材 料始于碳纤维的凯旋造备，碳纤维复合原料拥有高强度、高模量、轻量化的好处，不 断渊博操纵于飞机的一面部件，并对古板金属完毕必定水准的取代。

航空航天原料逐渐迈入碳纤维复合原料时期，复合原料使用一向扩展。碳纤维复合 原料拥有高强度、高模量、轻量化的好处，目前逐渐操纵于飞机部件并对古板金属 完毕必定取代。正在航空航天范畴，为抵达飞舞器轻量化的方针，完毕减少有用载荷， 低浸燃料用度，以CFRP为代表的先辈复合原料的应用量逐年扩展。近年来，无论是 正在单机上所占的比例依旧总应用量，CFRP使用局限逐渐扩张，正在飞机上应用CFRP 等先辈复合原料，不单是因为其能够大幅减轻机身重量，并且正在耐腐化以及抗疲倦 机能等方面与古板合金金属比拟也有较大的上风。

CFRP的局面限使用日常是由航空高端设备向导，民用客机范畴空客、波音先行。先辈复合原料正在F-15战争机 上初度完毕使用时，其正在全部飞机组织原料中所占的重量比例但是2%,可是到了F/A18E/F战争机，其比例仍旧抵达了19%。另表，F-22战争机单机应用了350个以上的 碳纤维复合原料零部件，抵达了机身空重的25%，个中纤维加强热固性树脂为24%， 另有1%的纤维加强热塑性树脂原料。单机应用碳纤维总量亲密4t，个中强度正在 5.08GPa以上的产物占到80%以上，合键用于机翼中央梁和后梁、笔直尾翼周围和 偏向舵、秤谌不变器、起落舵、机身框架、壁板、强化框、油箱框架等枢纽地方和部件。应用的碳纤维总共由来于Cytec和Hexcel两家美国公司，树脂基体原料合键是环 氧树脂和双马来酰亚胺树脂。通过应用RTM的先辈成型本事，F-22战争机凯旋阐明 了CFRP部件不单能够正在机能上知足央求，并且正在本钱把握上也拥有可行性和很大的 潜力。

高机能碳纤维策略加码，利于饱动国内碳纤维财产修立。高强度、高模量、低比重 特质的碳纤维加强复合原料成为百般军、民设备最紧要的候选原料之一，已成为航 空以及国防设备的枢纽原料。复合原料的用量是量度高端设备先辈性的紧要记号。 目前中国军事设备数目仍处于较疾捷兴盛阶段，正在国防支付稳增进、设备费占国防 费比例抬高等布景下，估计高端设备范畴碳纤维墟市希望完毕妥当增进。国度策略 延续饱动碳纤维行业的枢纽身手改进、财产化饱动、财产转型升级和下游使用拓展， 有利于饱动我国碳纤维行业迈向国际秤谌。

民机上，NASA研商解释飞机上应用CFRP的创造本钱不会超出其精打细算的运转本钱。 民用飞机正在保障搭客乘坐体验的同时，要尽可以地抬高飞机的谋划作用，飞机空重 的淘汰能够抬高燃油作用从而低浸直接运转本钱。全国当先民用飞机创造商波音和 空客正在碳纤维使用上引颈着行业偏向。波音公司B787客机机体构造的50%应用了碳 纤维复合原料，每架约为35吨。波音公司正在该产物手册中显示，使用碳纤维比拟同 体积古板原料的飞机减重了40000磅，B787也是以将燃油作用抬高了20%，淘汰了 20%的废气排放。紧接着空客公司对A350举行从头安排，将新飞机更名为A350XWB， 其主翼、机身、尾翼总共应用复合原料，占机身重量的53%。

远期看，国产飞机民航墟市希望成为国内高机能碳纤维企业的潜正在增进点之一。民 用飞机正在保障搭客乘坐体验的同时，要尽可以地抬高飞机的谋划作用，飞机空重的 淘汰能够抬高燃油作用从而低浸直接运转本钱。全国当先民用飞机创造商波音和空 客正在碳纤维使用上引颈着行业偏向。依据波音公司官网，波音公司B787客机机体构 造的50%由碳纤维复合原料组成，主体组织的绝大一面由复合原料组成，加倍是机 身一面。空客公司A350F也应用了大宗的碳纤维复合原料，机翼，主旨翼箱和机身面 板合键由复合原料造成。这些原料抉择使飞机更轻、更硬、更坚韧、更有才具和更具 本钱效益，同时抬高了耐腐化性和抗疲倦性，从而低浸了保护央求。空客公司估计打算 得出，使用碳纤维复合原料使得A350F正在腾飞时的重量淘汰了约28吨，飞舞燃料消 耗淘汰了约20%，而且低浸了着陆和导航用度。

风力发电修立刺激碳纤维需求，大丝束契合低本钱特质。CFRP 与应用古板玻璃纤维加强原料比拟，能够抵达20%-30%的减重成果，同时刚性和强 度越发优异，通过采用气举动用更高的薄翼型和减少叶片长度，能抬高风能操纵率 和年发电量，从而低浸归纳应用本钱。因为大丝束性价比高的上风使得其合键操纵 于工业风电，削价放量成为范畴的驱动力。目前风电机组正朝着大型化、轻量化的 偏向兴盛，超长的叶片对原料的强度和刚度提出了更高的央求，使得碳纤维及其复 合原料正在风电叶片范畴应用渊博。

“双碳”方针成为风电下游使用墟市需求紧要驱动力。2020年风电叶片初度超出体育歇闲墟市 成为环球碳纤维需求份额最高的细分墟市。跟着“碳达峰、碳中和”方针确凿定，推 动风电行业揭晓《风能北京宣言》：“正在‘十四五’筹划中，须为风电设定与碳中和 国度政策相合适的兴盛空间：保障年均新增装机5000万千瓦以上。2025年后，中国 风电年均新增装机容量应不低于6000万千瓦，到2030年起码抵达8亿千瓦，到2060 年起码抵达30亿千瓦杏彩体育官网。”联结2020年的需求量，可见下游风电使用墟市需求的拉动 力气较。