2020年全球碳纖維行業(yè)分類及產(chǎn)需發(fā)展趨勢(shì)：軍機(jī)升級(jí)換代加速促進(jìn)碳纖維需求[圖]

    碳纖維（Carbon Fiber，簡(jiǎn)稱 CF）是由聚丙烯腈（PAN）（或?yàn)r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(wú)機(jī)高分子纖維。

碳纖維按照原絲類型分類

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碳纖維按照絲束大小分類

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    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(dòng)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(guó)防軍工與國(guó)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(lái)許多好處。對(duì)軍用飛機(jī)而言，減重在節(jié)省燃油的同時(shí)擴(kuò)大了作戰(zhàn)半徑，提高了戰(zhàn)場(chǎng)生存力和戰(zhàn)斗力；對(duì)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

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    2018年，全球碳纖維需求量9.26萬(wàn)噸，其中風(fēng)電葉片需求量2.20萬(wàn)噸，占比23.76%；航空航天需求量2.10萬(wàn)噸，占比22.68%；體育休閑需求量1.43萬(wàn)噸，占比15.44%；汽車需求量1.08萬(wàn)噸，占比11.66%。

全球碳纖維下游需求不同行業(yè)占比

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    美國(guó)、日本、中國(guó)碳纖維 理論 產(chǎn)能占比到達(dá)6 60 0% % ，集中度非常高 。2018年，全球碳纖維理論產(chǎn)能達(dá)到15.48萬(wàn)（小絲束9.77萬(wàn)噸，大絲束5.71萬(wàn)噸），其中，美國(guó)碳纖維理論產(chǎn)能為3.73萬(wàn)噸，占比24%；日本碳纖維理論產(chǎn)能為2.91萬(wàn)噸，占比19%；中國(guó)大陸的碳纖維產(chǎn)能為2.68萬(wàn)噸，占比17%，另外匈牙利（1萬(wàn)噸）、墨西哥（1萬(wàn)噸）、中國(guó)臺(tái)灣（0.88萬(wàn)噸）和法國(guó)（0.82萬(wàn)噸）。

全球各國(guó)碳纖維理論產(chǎn)能占比

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    碳纖維價(jià)格差異非常大。不同型號(hào)及不同應(yīng)用領(lǐng)域的碳纖維價(jià)格差異巨大，碳纖維價(jià)格從每千克幾十元到上千元不等，部分特種用途碳纖維價(jià)格甚至達(dá)到了每千克萬(wàn)元。比如T300級(jí)別的碳纖維，用于風(fēng)電葉片（＞24K）產(chǎn)品單價(jià)大概80元/千克左右，而用于軍工領(lǐng)域（3K、6K）的產(chǎn)品單價(jià)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(zhǎng)、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(zhǎng)。另外，軍工領(lǐng)域用碳纖維，有時(shí)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(jià)格差異

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    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(guó)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(wàn)噸，預(yù)計(jì)2020年全球總需求將達(dá)到11.21萬(wàn)噸，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到10%。

2008-2020年全球碳纖維需求量及預(yù)測(cè)

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    碳纖維生產(chǎn)全過(guò)程流程長(zhǎng)，工序多，技術(shù)和生產(chǎn)壁壘高是我國(guó)“有產(chǎn)能，無(wú)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(guò)聚合、紡絲形成碳纖維原絲，第二步是原絲經(jīng)過(guò)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(guò)程連續(xù)進(jìn)行，任何一道工序出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響穩(wěn)定生產(chǎn)和碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量。

我國(guó)碳纖維主要生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能

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    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(lái)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(lái)越高。以美國(guó)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(guó)軍用飛機(jī)所用不同材料占比

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)碳纖維復(fù)合材料行業(yè)市場(chǎng)供需規(guī)模及投資價(jià)值咨詢報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：我國(guó)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，我國(guó)最新J20、直20大量使用復(fù)合材料。

我國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)使用碳纖維復(fù)合材料比例也不斷提升

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    我國(guó)現(xiàn)有各類戰(zhàn)機(jī)總數(shù)3187架，其中我國(guó)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。

    我國(guó)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)。我國(guó)作戰(zhàn)飛機(jī)中，有J-7、J-8二代作戰(zhàn)飛機(jī)561架，占我國(guó)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(jì)651架，占我國(guó)作戰(zhàn)飛機(jī)比例為40.1%。美國(guó)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-22 178架，F(xiàn)-35 214架。二代作戰(zhàn)飛機(jī)已經(jīng)不適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)，隨著我國(guó)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(lái)二代作戰(zhàn)飛機(jī)將逐漸退役。

二代作戰(zhàn)飛機(jī)仍占我國(guó)作戰(zhàn)飛機(jī)中三分之一

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    C919 是中國(guó)首款完全按照國(guó)際先進(jìn)適航標(biāo)準(zhǔn)和主流市場(chǎng)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(jì)獲 28 家客戶 815 架訂單，計(jì)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(jí) 280 座。此外還有縮短型和加長(zhǎng)型，分別命名為CR929-500 和 CR929-700。目前 CR929 正在開(kāi)展初步設(shè)計(jì)和系統(tǒng)供應(yīng)商的選擇工作，力爭(zhēng)在 2021 年實(shí)現(xiàn)首架 CR929 開(kāi)工制造。

    C919機(jī)身中碳纖維復(fù)合材料用量約為12%，正在研發(fā)的C929機(jī)身中碳纖維復(fù)合材料有望超過(guò)50%。大飛機(jī)C919，后續(xù)的C919量產(chǎn)，將帶來(lái)國(guó)內(nèi)碳纖維新的需求。目前國(guó)內(nèi)中游下游碳纖維復(fù)材企業(yè)已經(jīng)廣泛參與到型號(hào)配套過(guò)程中，個(gè)別上游纖維企業(yè)也開(kāi)始進(jìn)入到PCD適航認(rèn)證階段。