碳纤维（Carbon Fiber，简称CF）是由聚丙烯腈（PAN）(或沥青、粘胶)等有机母体纤维，在高温环境下裂解碳化形成碳主链机构，含碳量在90%以上的无机高分子纤维。
碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性，密度比铝低，强度比钢高，是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的纤维，拥有质轻、高强度、高模量、导电、导热、耐高温、耐腐蚀、抗冲刷、可复合性等一系列其他材料所不可替代的优良性能。碳纤维除了应用于体育用品、汽车工业、能源装备、医疗器械、建筑及其结构补强等民用领域外，还广泛应用于国防军工领域，是火箭、卫星、导弹、战斗机和舰船等尖端武器装备必不可少的战略新兴材料、国民经济发展不可或缺的重要战略物资。
碳纤维可以按照原丝类型、制造条件和方法、力学性能、丝束大小等维度进行分类。
碳纤维的种类
分类方式 | 简介 | |
原丝种类 | 聚丙烯腈（PAN）基 | 成品品质优异，工艺较简单，产品力学性能优良，已成为碳纤维主流 |
沥青基 | 原料来源丰富，碳化收率高；原料调制复杂，产品性能较低；目前规模较小 | |
粘胶基 | 高耐温性；碳化收率低，技术难度大，设备复杂，成本高主要用于耐烧蚀材料 及隔热材料 | |
制造条件和方法 | 可以分为碳纤维（800-1600℃）、石墨纤维（2000-3000℃）、活性炭纤维、气相生长碳纤维 | |
纤维形态 | 可以分为长丝、短纤维、短切纤维三种类型 | |
丝束大小 | 小丝束 | 以1K、3K、6K为主，逐渐发展为12K和24K，是宇航级碳纤维 |
大丝束 | 48K及以上碳纤维，包括60K、120K、360K和480K等，是工业级碳纤维 | |
力学性能 | 通用型 | 强度为1000MPa、模量为100GPa左右 |
高性能型 | 分为高强型和高模型、超高强型和超高模型 | |
资料来源：华经产业研究院整理
完整的碳纤维产业链包含从原油到终端应用的完整制造过程：先从石油、煤炭、天然气等化石燃料中制得丙烯，并经氨氧化后得到丙烯腈；丙烯腈经聚合和纺丝之后得到聚丙烯腈（PAN）原丝；再经过预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维；碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料；碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合，可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。碳纤维产业链涉及的核心环节很多，主要有上游原丝生产、中游碳化、下游复合材料编织成型等。
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二、全球碳纤维行业发展现状
2017年全球碳纤维理论产能14.7万吨，其中美国产能3.86万吨占比27%，日本产能2.72万吨占比18%，两国几乎占据了碳纤维产能的半壁江山。碳纤维理论产能前五家公司Toray（东丽，日本）、Zoltek（卓尔泰克，2014年被东丽收购，日本）、SGL Carbon（西格里，德国）、MRC（三菱丽阳，日本）、Toho（东邦，日本）理论产能共8.52万吨，占全球碳纤维理论产能的57.92%，其中东丽公司约占全球产能的18.42%。
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世界碳纤维技术主要掌握在日本公司手中，日本生产的碳纤维无论质量还是数量上均处于世界领先地位，日本东丽更是世界上高性能碳纤维研究与生产的“领头羊”。美国是继日本之后掌握碳纤维生产技术的少数几个发达国家之一，同时是世界上最大的PAN基碳纤维消费国，HEXCEL和CYTEC公司依靠其庞大的航空航天需求在国际市场拥有较高的话语权。德国的SGL公司依靠德国强大工业创新体系在全球碳纤维市场也拥有一席之地。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。
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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。
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三、中国碳纤维行业发展现状
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。
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。
近年来，我国在碳纤维产业有了长足的进步，但整体而言碳纤维产业仍基本被西方发达国家所垄断。
“有产能，无产量”依旧是近期我国碳纤维产业存在的问题之一。据数据显示，2005年，我国碳纤维行业仅有10家企业，产能之和占全球总产能的1%。此后，我国碳纤维行业产能增长迅速，从2006年的1330吨，增长到2017年的2.6万吨理论产能，年均复合增速31.03%。2017年我国碳纤维理论产能占全球的17.68%，位居全球第三位。
资料来源：公开资料整理
虽然产能增长迅速，但由于我国碳纤维行业技术水平较日美发达国家存在较大差距，销路不畅，受国外优质产品冲击较大，导致我国碳纤维产业出现有产能、无产量的状况。据赛奥碳纤维技术，我国碳纤维2017年销量约7400吨，销量/产能比为28.5%，远低于国际的销量/产能比57.2%（若除去中国数据，国际销量/产能比为63.4%）。
数据统计，2017年我国碳纤维产能千吨以上企业有7家：中复神鹰、恒神股份、精功集团、光威复材、中安信、兰州蓝星、太钢钢科，共占据了我国碳纤维理论总产能的85%，产业集中度较高。
据数据统计，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。
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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。
四、碳纤维行业的发展前景及趋势分析
民用碳纤维全球化竞争激烈，国产化替代任重道远。我国碳纤维需求的半壁江山被体育用品占领，虽然体育用品对于碳纤维技术要求相对较低，但其所属行业对成本和供货稳定性敏感度较高。我国碳纤维企业在工艺适应性、可靠性和精细化控制水平等方面与发达国家相比还有差距，导致国产碳纤维在成本、连续性上处于劣势。加之民品不存在准入壁垒，全球化竞争充分，我国企业不具备竞争优势。未来，随着我国碳纤维企业在大丝束碳纤维领域生产工艺逐步稳定、品质提升、成本降低，国产碳纤维市占率有望在民品碳纤维领域显著提升。
军用碳纤维是我国碳纤维生产企业的突破口。军工行业对外企存在天然壁垒，且以美国为首的西方国家长期以来对我国军用产品与技术实施出口限制。但碳纤维产品，特别是碳纤维上游原丝和中游纤维制品（织物、预浸料等）具有极强的军民两用属性，因此，我国军用高端碳纤维仍有部分依靠进口。近年来，以美国为首的西方国家愈发有针对性的遏制我国武器装备的发展，未来不排除会扩大限制出口范围至具有潜在军用价值的高端民用工业领域，高端碳纤维国产化需求迫切。另一方面，随着我国高强（T700）、高强中模（T800/T1000）和高强高模碳纤维的相关工艺装备自主设计制造能力提升，军用高端碳纤维实现全面国产化的条件愈发成熟。未来我国军用高端碳纤维国产化率有望获得大幅提升。
相关报告：华经产业研究院发布的《2019-2025年中国碳纤维未来发展趋势分析及投资规划建议研究报告》
本文采编：CY237
