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碳材料产业发展现状和趋势

碳材料产业发展现状和趋势,碳材料产业发展现状与趋势

碳材料是一类具有高强度、高导热性和高抗腐蚀性质的材料,具备广泛的应用前景。碳材料产业正处于快速发展的阶段,呈现出以下几个方面的现状和趋势。

碳材料在能源和环境领域的应用前景广阔。碳材料具有较高的导电性和导热性能,可以用于制造高效的太阳能电池和电池储能系统。碳材料还可以用作催化剂和吸附剂,有助于提高能源利用效率和减少环境污染。

碳材料在航空航天和汽车工业中的应用也日益重要。碳纤维复合材料具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天和汽车制造。随着碳纤维复合材料的成本逐渐降低,其在汽车工业中的应用前景更加广阔。

碳材料在电子和信息技术领域的应用也日益重要。碳纳米管和石墨烯等新型碳材料具有独特的电子传输性能,可用于制造高性能的晶体管和存储器件。碳材料还可以用于制造高性能的传感器和导电墨水等电子产品。

碳材料产业的发展将呈现出以下几个趋势。随着新材料技术的不断发展,碳材料的制备工艺将更加精细化和高效化。碳材料的成本将逐渐降低,促进其在各个领域的应用。第三,碳材料的功能化和多样化将成为发展的重要方向,以满足不同领域的需求。

碳材料产业正处于快速发展的阶段,具备广阔的应用前景。在能源、环境、航空航天、汽车、电子和信息技术等领域,碳材料都发挥着重要的作用。随着新材料技术的不断进步,碳材料产业将迎来更加广阔的发展机遇。

碳材料产业发展现状和趋势,碳材料产业发展现状与趋势

行业主要上市公司:吉林化纤(000420);中复神鹰(688295);光威复材(300699);精功科技(002006);中简科技(300777);吉林碳谷(83677)等。

本文核心数据:中国碳纤维产能;中国碳纤维产量;中国碳纤维需求量

行业概况

——定义

碳纤维(CF)是指含碳量大于90%的纤维材料,可以用粘胶、聚丙烯腈以及沥青等有机纤维在高温下碳化制取。高强、高模CF主要由聚丙烯腈长丝在1000℃以上高温碳化形成,它与树脂、金属、陶瓷、碳、玻璃等复合后具有模量高、强度高、重量轻、抗疲劳、耐腐蚀等特性,广泛应用于航天、航空、军工、航海、化工、电子、建筑以及体育休闲等领域,是军民两用的高技术纤维。

当前,各国大多按照习惯对碳纤维进行分类,分类方式大致有以下三种:

(1)按照原料分类:聚丙烯腈(PAN)基;沥青基(各向同性、中间相);胶黏基。

(2)按照制造条件和方法分类:碳纤维(800-1600℃);石墨纤维(2000-3000℃);氧化纤维(预氧丝200-300℃);活性碳纤维;气相生长碳纤维。

(3)按力学性能分类:通用级(GP);高性能(HP);期中包括中强型(MT)、高强型(HT)、超高强型(UHT)、中模型(IM)、高模型(HM)、超高模型(UHM)。碳纤维在应用时多是作为增强材料而利用其优良的力学性能,因此使用中更多地是按其力学性能分类,一般认为纤维的拉伸强度低于1400MPa,拉伸模量小于140GPa,则此种属于通用级碳纤维范畴。在高性能碳纤维范畴中,对中强、中模、高强、高模、超高强、超高模等并无严格的区分指标。

——产业链剖析:产业链涉及领域广泛

碳纤维的生产工艺复杂,从碳纤维纺丝、预氧化、碳化到复合材料成型再到终端的应用需要经历复合且很长的过程。碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天、风电叶片、汽车、体育休闲、混配模成型、电缆芯、建筑建材、压力容器、船舶、碳碳复材、电子电器等多个领域。

行业发展历程:行业处在快速发展阶段

我国的碳纤维行业起步于20世纪60年代,几乎和日美等国家同时起步,但由于相关知识储备不足、知识产权归属等问题,发展缓慢。日本、美国等国家对碳纤维核心技术形成垄断,我国碳纤维生产技术和装备水平整体落后于国外,在较长的一段时间内发展止步不前,无法满足国家重大装备等高端领域的需求。

2000年以来,国家加大对于碳纤维领域自主创新的支持力度,将碳纤维列为重点研发项目。伴随着国家政策的大力扶持,国内碳纤维行业在技术上取得重大突破,产业化程度快速提升,应用领域不断扩大,地区上目前已形成以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维聚集地。

行业政策背景:政策加持,支持碳纤维产业的发展

国家政策作为产业发展的催化剂,国家持续发布相关政策推动碳纤维健康有序发展。从国家的政策可以看出,国家把碳纤维作为新材料进行推广和应用,持续引导国内碳纤维发展,计划形成若干家家具有国际竞争力的碳纤维大型企业集团及若干创新能力强、特色鲜明、产业链完善的碳纤维及其复合材料产业集聚区。未来随政策的支持,我国碳纤维行业相关技术将接近国际水平。

行业发展现状

——供给:中国成为全球最大产能国

我国碳纤维工业的起步可以追溯到1962年,到目前为止已发展57年,仅比世界碳纤维起步晚3年;但无论是研发成果还是制造工艺,我国同发达国家相比还存在一定差距。

2021年,中国大陆地区首次超过美国,成为全球最大产能国,产能达到6.34万吨,占全球总产能比重超过30%。

在产量方面,2021年由于国内碳纤维产能加速扩张,同时开工率保持稳定,新装置相继投产,带动产量增长。2021年我国碳纤维产量达到2.43万吨,同比增长30.03%。

——需求:风电叶片为最大需求领域

总体来看,早年间在全球碳纤维供应不足的情况下,美国、日本等国家对中国实行出口限制,导致中国碳纤维需求长期被抑制。近几年由于国内技术突破,刺激了对碳纤维的使用。近年来我国碳纤维需求量呈不断增长趋势,2017-2021年,我国碳纤维需求量呈不断上升趋势,2021年中国碳纤维需求量6.24万吨,同比增长27.7%。

2021年,国内碳纤维需求量占比前三的领域依次是风电叶片、体育休闲和碳-碳复材,分别占比36%、28%、11%,其他领域的需求占比均不足10%。在海上风电叶片大尺寸的发展趋势下,预计风电叶片领域碳纤维的需求将持续增加。

行业竞争格局

——区域竞争格局:江苏省和广东省是主要碳纤维消费省份

从碳纤维市场消费金额来看,江苏省和广东省是消费大省,消费占比分别为35.4%和21.4%;其次为山东,消费占比为18%;其他省份消费占比均不超过6%。

——企业竞争格局:吉林化纤、中复神鹰为行业龙头企业

我国碳纤维第一梯队企业有吉林化纤、中复神鹰,该类企业碳纤维原丝产能在2.5万吨以上,碳纤维产能在1万吨以上;第二梯队企业有江苏恒神、光威复材,该类企业碳纤维原丝产能在1万吨以上,碳纤维产能在0.5万吨以上;第三梯队企业有太铜铜料、兰州蓝星,该类企业碳纤维原丝以及碳纤维产能在0.5万吨左右;第四梯队企业为行业内的其他中小制造企业。

行业发展前景及趋势预测

——市场走向良性健康发展道路

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。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的《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。

——碳纤维新产品向高稳定、高端化方向发展

前瞻产业研究院预计,碳纤维行业将出现如下发展趋势:以上数据参考前瞻产业研究院《中国碳纤维行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

碳碳复合材料的发展趋势

碳/碳复合材料具有低密度(<2.0g/cm3)、高比强、高比模量、高导热性、低膨胀系数,以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点,是目前在1650℃以上应用的唯一备选材料,最高理论温度更高达2600℃,因此被认为是最有发展前途的高温材料。   

尽管碳/碳复合材料有诸多优良的高温性能, 但它在温度高于400℃的有氧环境中发生氧化反应,导致材料的性能急剧下降。碳/碳复合材料在高温有氧环境下的应用必须有氧化防护措施。碳/碳复合材料的氧化防护主要通过以下两种途径,即在较低的温度下可以采取基体改性和表面活性点的钝化对碳/碳复合材料进行保护;随着温度的升高,则必须采用涂层的方法来隔绝碳/碳复合材料   

与氧的直接接触,以达到氧化防护的目的。目前使用最多的是涂层的方法,随着技术的不断进步,对碳/碳复合材料超高温性能的依赖越来越多,而在超高温条件下唯一可行的氧化防护方案只能是涂层防护。

碳纤维国内外发展现状

全球碳纤维分领域需求上升

碳纤维复合材料具有质量轻,强度高的特性,活跃在各种各样的用途上。包括用于追求轻且易用的高性能体育用品、追求在宇宙飞行用的轻量且高性能材料的航空航天飞行器,以及压力容器、汽车、风车、船舶、土木建筑等各种各样的一般产业用途。根据赛奥碳纤维技术统计,2018年全球碳纤维运用细分领域中风电叶片叶片和航天国防领域最多,分别达到22000吨、21000吨。而增长最为显著的是汽车零部件领域,2013-2018年需求复合增长率达到33%。从全球市场看,2018年全球市场碳纤维需求为9.26万吨,预计在2020年全球需求将达到11.21万吨。

就需求结构而言,碳纤维材料总量一半以上应用在工业领域,风电叶片领域应用占比24%,航空航天领域应用占比23%,体育休闲领域占比15%,汽车工业领域占比12%,四者总计占比74%。体育休闲用品所消耗的碳纤维呈逐年下降之势。从产能的角度来看,全球碳纤维市场基本被日本和美国企业垄断。2018年世界碳纤维产能为15.5万吨。从地区来看,美国生产3.73万吨占24%,日本生产2.91万吨,占比19%,中国生产碳纤维2.68万吨,占比19%。但是从企业来看,日本企业在全球小束丝碳纤维市场份额占到约58%,其中日本东丽占比27%、日本东邦占比18%、日本三菱占比13%;全球大束丝碳纤维市场集中度更高,基本被日本Zoltek和德国SGL两家控制(注:Zoltek2013年被东丽收购),Zoltek全球占比49%,德国SGL全球占33%。

中国碳纤维处于产能扩张阶段

从整体供需状况上看,目前世界上碳纤维的主要消费地区仍然集中在美国、欧洲和日本。根据赛奥碳纤维技术统计,中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势,2018年国内碳纤维市场需求为3.1万吨,同比增长32%,预计未来年复合增长率为12%,在2020年国内市场需求将达到3.89万吨。目前国内T300级碳纤维性能达到国际水平,主要运用于航空航天及体育休闲等领域;T700级碳纤维已建成千万吨级生产线,低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产;中国首条千吨级T800原丝生产线由中复神鹰生产线2016年投产;但T800级以上的碳纤维国内企业还处于小规模试验,技术相对东丽还是存在较大差距。中国在T800级别以上的碳纤维生产中都还是处于小批量试验生产阶段,而国外的东丽公司已经实现了比较成熟的高模产品。中国碳纤维公司产能前三名是:中复神鹰、江苏恒神以及精密集团。——以上数据来源于前瞻产业研究院《中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

我国园艺产业发展的趋势

园艺用品的主要消费市场为欧美等西方发达国家和地区,但近年来亚洲、拉美、澳洲等地的消费需求增长迅速,市场潜力巨大。园艺用品行业属于劳动密集型和技术密集型行业,随着发达国家从传统制造业中淡出,园艺用品的生产制造逐步向劳动力成本较低、配套设施较好的发展中国家转移。国外知名园艺用品企业在渠道、研发及品牌方面具有优势,其产品主要定位在高端市场,售价较高。 内容选自中国产业研究报告网发布的《2013-2017年中国园艺剪市场运行分析及发展策略研究报告》 国内园艺用品企业的劳动力成本优势明显,产品物美价廉,但是行业集中度较低,规模以上的大中型企业较少,有的企业则在主营其他业务的基础上,部分兼营园艺用品。小型企业数量众多,但以中低端产品为主,专业化程度不高,经营方式主要是为国外厂商提供代工,缺乏自主知识产权和自主品牌。随着不断参与国际市场竞争,近年来我国也逐渐涌现出一些通过质量控制、产品创新、技术研发等策略建立起的具有一定竞争力的优势企业,通过ODM 和OBM 的经营,产品向中高端发展,品牌影响力逐步增强。我国产业政策对园艺用品行业的支持力度较大,政策环境良好,对于企业的发展非常有利。 园艺用品的竞争主要涉及因素为研发、质量、价格、品牌、渠道等,其中研发、渠道和品牌是最重要的竞争因素,设计新颖、技术含量高的中高端园艺用品在竞争中处于优势地位,企业品牌影响力在获得消费者认同、提升产品附加值方面也具有重要作用。

碳材料产业发展现状与趋势

碳纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维材料,碳纤维密度不到钢的1/4、强度是钢的5-7倍,广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。经过多年的研发和约十年的产业化建设,我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,逐步打破了日、美长期的技术封锁和市场垄断局面。

中国碳纤维处于产能扩张阶段

从整体供需状况上看,目前世界上碳纤维的主要消费地区仍然集中在美国、欧洲和日本。根据赛奥碳纤维技术统计,中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势,2018年国内碳纤维市场需求为3.1万吨,同比增长32%,预计未来年复合增长率为12%,在2020年国内市场需求将达到3.89万吨。目前国内T300级碳纤维性能达到国际水平,主要运用于航空航天及体育休闲等领域;T700级碳纤维已建成千万吨级生产线,低成本干喷湿纺T700级碳纤维已经实现规模化生产;中国首条千吨级T800原丝生产线由中复神鹰生产线2016年投产;但T800级以上的碳纤维国内企业还处于小规模试验,技术相对东丽还是存在较大差距。中国在T800级别以上的碳纤维生产中都还是处于小批量试验生产阶段,而国外的东丽公司已经实现了比较成熟的高模产品。中国碳纤维公司产能前三名是:中复神鹰、江苏恒神以及精密集团。——以上数据来源及分析请参考于前瞻产业研究院《2020-2025年中国碳纤维行业深度调研与投资战略规划分析报告》。

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