1、碳纖維是“21世紀新材料之王”
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國碳纖維行業(yè)現狀深度研究與未來(lái)投資預測報告（2024-2031年）》顯示，碳纖維(CarbonFiber)是一種絲狀碳素材料，由有機纖維經(jīng)碳化以及石墨化處理而得到的微晶石墨材料，直徑5-10微米，含碳量高達90%以上。碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，同時(shí)具有輕質(zhì)、高強度、高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異特性，廣泛應用于航空航天、國防、交通、能源、體育休閑等領(lǐng)域。
碳纖維主要性能特點(diǎn)
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性能特點(diǎn) |
簡(jiǎn)介 |
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強度高 |
抗拉強度在3,500MPa以上 |
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模量高 |
彈性模量在230GPa以上 |
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密度小，比強度高 |
密度是鋼的1/4，是鋁合金的1/2比強度比鋼大16倍，比鋁合金大12倍 |
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耐超高溫 |
在非氧化氣氛條件下，可在2,000°C時(shí)使用，在3,000°C的高溫下部分熔融軟化 |
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耐低溫 |
在-180°C低溫下，鋼鐵變得比玻璃脆，而碳纖維依舊具有彈性 |
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耐酸、耐油、耐腐蝕 |
能耐濃鹽酸、磷酸等介質(zhì)侵蝕，其耐腐蝕性能超過(guò)黃金和鉑金，同時(shí)擁有較好的耐油、耐腐蝕性能熱 |
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膨脹系數小，導熱系數大 |
可以耐急冷急熱，即使從3000°C的高溫突然降到室溫也不會(huì )炸裂 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
碳纖維按纖維數量不同可分為小絲束和大絲束。小絲束性能優(yōu)異，但成本較高。碳纖維的開(kāi)發(fā)起初應用于航空航天領(lǐng)域，小絲束性能更能滿(mǎn)足航空航天、軍工復材的需要，但受成本制約，難以在風(fēng)電葉片等領(lǐng)域實(shí)現推廣應用。大絲束在保持碳纖維優(yōu)良性能的前提下，通過(guò)提高單線(xiàn)產(chǎn)能，大幅降低成本，打開(kāi)碳纖維廣泛運用于工業(yè)和民用領(lǐng)域大門(mén)。
大絲束和小絲束碳纖維對比
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類(lèi)別 |
小絲束碳纖維 |
大絲束碳纖維 |
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絲束數量 |
<24K(1K代表一束碳纖維中有1000根絲) |
≥24K |
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拉伸強度 |
3500-7000MPa |
3500-5000MPa |
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拉伸模量 |
230-680GPa |
230-290GPa |
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價(jià)格 |
較高 |
一般 |
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產(chǎn)能分布 |
日本 |
歐美 |
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應用領(lǐng)域 |
國防軍工、航空航天 |
工業(yè)領(lǐng)域 |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
2、我國碳纖維行業(yè)需求端萎靡不振，但產(chǎn)能迎來(lái)擴產(chǎn)爆發(fā)期
近幾年，隨著(zhù)“碳中和、碳達峰”戰略的提出，碳纖維最主要的下游領(lǐng)域——風(fēng)電行業(yè)快速崛起，需求端也日益旺盛。數據顯示，2023年，我國碳纖維運行產(chǎn)能為14.08萬(wàn)噸，比上年增長(cháng)25.7%，已經(jīng)接近全球碳纖維產(chǎn)能的半壁江山。然而，自2023年開(kāi)始，我國碳纖維行業(yè)供需關(guān)系180度大轉向。
尤其是，在下游蓬勃發(fā)展的背景下，各路資本和企業(yè)大量涌入碳纖維產(chǎn)業(yè)，投資熱度持續高漲，產(chǎn)能大幅度提升。根據數據顯示，2022年我國碳纖維供應量達4.5萬(wàn)噸，同比增長(cháng)55.17%；截至2023年6月，國內碳纖維生產(chǎn)商總產(chǎn)能達到11.7萬(wàn)噸，較2021年末大幅增加。
不過(guò)，需求端表現不佳，2023年碳纖維需求量比2022年的7.44萬(wàn)噸反而下降7.2%，這也導致碳纖維廠(chǎng)商庫存高企。數據顯示，國內碳纖維庫存整體保持低位，由2023年6月的4000噸左右增至2023年末的1.2萬(wàn)噸左右。除此之外，各大碳纖維企業(yè)也出現增收不增利的現象，如2023年中復神鷹、吉林碳谷、光威復材、中簡(jiǎn)科技、中航高科5家碳纖維龍頭上市企業(yè)共實(shí)現主營(yíng)收入121.65億元，同比增長(cháng)2.81%；歸母凈利潤27.42億元，同比下降22.32%。
數據來(lái)源：觀(guān)研天下整理
而就算面對價(jià)格下跌、企業(yè)營(yíng)收下降等等終端市場(chǎng)出現疲軟跡象，但碳纖維龍頭廠(chǎng)商卻選擇繼續擴大產(chǎn)能。例如，2024年4月，中復神鷹年產(chǎn)能30000噸的高性能碳纖維建設項目舉行了開(kāi)工儀式，這個(gè)項目的總投資達到了60億元左右。除此之外，吉林化纖集團正在推進(jìn)1.5萬(wàn)噸/年高性能碳纖維項目；上海石化6000噸/年碳纖維項目也預計將在今年投產(chǎn)。
整體來(lái)看，未來(lái)幾年，我國碳纖維企業(yè)擴產(chǎn)計劃總量預計接近30萬(wàn)噸，但在供給短缺的背景下，率先實(shí)現項目落地并穩定生產(chǎn)的企業(yè)將具備明顯的先發(fā)優(yōu)勢，搶占更多的市場(chǎng)份額。
我國碳纖維企業(yè)擴產(chǎn)計劃
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生產(chǎn)商 |
項目 |
在建產(chǎn)能 |
預計投產(chǎn)節奏 |
項目情況 |
預計當年實(shí)際新增產(chǎn)能* |
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2023年E |
2024年E |
2025年E |
2023年E |
2024年E |
2025年E |
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吉林化纖集團 |
國興年產(chǎn)6萬(wàn)噸碳纖維項目 |
6 |
2 |
2 |
2 |
“十四五”期間完成 |
0 |
2 |
2 |
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1.2萬(wàn)噸碳纖維復材項目碳化線(xiàn) |
0 |
0.6 |
0 |
0 |
2023年1月和2月，第三、四條碳化線(xiàn)投產(chǎn) |
0.6 |
0 |
0 |
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中復神鷹 |
西寧二期1.4萬(wàn)噸高性能碳纖維及配套原絲項目 |
0 |
1.4 |
0 |
0 |
2023年H1已全面投產(chǎn) |
1.4 |
0 |
0 |
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連云港年產(chǎn)3萬(wàn)噸碳纖維建設項目 |
3 |
0 |
0.6 |
1.2 |
建設周期為2023年4月至2026年8月 |
0 |
0.6 |
1.2 |
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上海石化 |
1.2萬(wàn)t/a48K大絲束碳纖維項目 |
0.6 |
0 |
0.6 |
0 |
預計2024年全部完成 |
0 |
0 |
0.6 |
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光威復材 |
萬(wàn)噸級大絲束碳纖維產(chǎn)業(yè)化項目 |
0.4 |
0.4 |
0 |
0 |
一期4000噸預計2023年內投產(chǎn) |
0 |
0.4 |
0 |
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中簡(jiǎn)科技 |
高性能碳纖維及織物產(chǎn)品項目 |
0.15 |
0.075 |
0.075 |
0 |
預計于2023年部分投產(chǎn)，2024年全部投產(chǎn) |
0 |
0.075 |
0.075 |
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恒神股份 |
2萬(wàn)t/a高性能碳纖維生產(chǎn)基地 |
0.5 |
0 |
0.5 |
0 |
一期5000t/a，2023年H1開(kāi)工，建設周期20個(gè)月 |
0 |
0 |
0.5 |
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浙江寶旌 |
6萬(wàn)噸碳纖維原絲項目和年產(chǎn)1.8萬(wàn)噸碳絲項目 |
1.55 |
0.5 |
0.5 |
0.55 |
預計于“十四五”期間陸續投產(chǎn) |
0 |
0.5 |
0.5 |
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新創(chuàng )碳谷 |
1.8萬(wàn)t/a大絲束項目 |
1.2 |
1.2 |
0 |
0 |
2023年已全部建成1.8萬(wàn)噸產(chǎn)能 |
0.6 |
0.6 |
0 |
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新疆隆炬 |
年產(chǎn)5萬(wàn)t碳纖維碳化項目 |
4.4 |
1.2 |
1.2 |
2 |
2022年一期6000噸建成，后續三期陸續建設，預計2025年形成5萬(wàn)t/a產(chǎn)能 |
0.6 |
1.2 |
1.2 |
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長(cháng)盛科技 |
高性能碳纖維項目二期 |
0.08 |
0.08 |
0 |
0 |
已于2023年12月投產(chǎn) |
0 |
0.08 |
0 |
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高性能碳纖維項目三期 |
0.26 |
0 |
0 |
0.26 |
預計2025年投產(chǎn)達產(chǎn) |
0 |
0 |
0.26 |
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資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
4、碳纖維新領(lǐng)域：低空經(jīng)濟蓄勢騰飛
資本市場(chǎng)通常都會(huì )以推斷甚至想象來(lái)評判企業(yè)或者產(chǎn)業(yè)的價(jià)值，尤其是在新興產(chǎn)業(yè)中。當然，碳纖維作為典型的新材料行業(yè)也不例外，目前市場(chǎng)上最火熱的低空經(jīng)濟與碳纖維關(guān)系明確。
eVTOL是低空經(jīng)濟的重要載體之一，其主流的設計方案均采用碳纖維作為主要機身結構材料。其中，約有75~80%用于結構部件和推進(jìn)系統，12~14%用于橫梁、座椅結構等內部應用，電池系統、航空電子設備和其他小型應用占比為8~12％。而國內頭部eVTOL制造商億航智能、小鵬匯天、峰飛航空等公司公布的設計方案來(lái)看，機身結構均采用碳纖維復材，小鵬匯天旅航者X2的旋翼槳葉和起落架也采用碳纖維復材。
我國部分eVTOL設計方案碳纖維應用
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企業(yè) |
型號 |
主要參數 |
碳纖維應用 |
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億航智能 |
億航AAV |
機身高度：1.93m機身寬度：5.73m最大起飛重量：620kg最大航程：30km最大設計速度：130km/h |
機身結構采用環(huán)氧基碳纖維復合材料優(yōu)化整體結構強度和剛度，實(shí)現輕量化與機身剛性實(shí)現完美統一，搭配航空鋁合金，有效降低機身重量，保證各部位的支撐強度。 |
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小鵬匯天 |
旅航者X2 |
雙人乘坐最高續航達：25分鐘最大時(shí)速：130km最高飛行高度1000m |
全機身碳纖維材質(zhì)；旋翼槳葉采用先進(jìn)碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂基復合材料，是現階段航空業(yè)最先進(jìn)的槳葉用材。起落架的材料主要為碳纖維和玻璃纖維，碳纖維保證起降所需要的強度，玻璃纖維保證減震緩沖所需要的韌性 |
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峰飛航空 |
盛世龍 |
最大起飛重量：2000kg最大載荷：350kg最大航程：250km最大巡航速度：200km/h載客能力：4座+1飛行員 |
整機機身使用高強度碳纖維復合材料一體成型技術(shù) |
資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
而單臺eVTOL對碳纖維需求在100-400kg之間，有望拉動(dòng)千噸級需求。以超長(cháng)續航問(wèn)界Ultra鋰電池作為參考，假設在電池能量100kWh、能量密度400Wh/kg情況下，2人座eVTOL電池自重約250kg（假設5人座電池能量隨最大起飛重量同比例提升）；假設單臺eVTOL復材重量占其機身結構重量比例為70%，碳纖維復材占全部復材比例為90%，且碳纖維：樹(shù)脂比例為7:3，則單臺eVTOL碳纖維需求量約在97-363kg之間，全球未來(lái)eVTOL訂單約為6300架且在2030年前全部釋放，則預計為碳纖維帶來(lái)600-2300噸增量需求。
eVTOL對碳纖維需求示意性測算
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類(lèi)別 |
億航AAV（2座） |
盛世龍（5座） |
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1.相關(guān)參數 |
最大起飛重量（kg） |
620 |
2000 |
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實(shí)際業(yè)務(wù)載重量（kg）：（全座人數+行李） |
150 |
370 |
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eVTOL自重（kg） |
470 |
1630 |
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鋰電池重量（kg） |
250 |
806 |
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eVTOL機身結構重量（kg） |
220 |
824 |
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2.材料需求測算 |
復合材料重量（kg）占比70% |
154 |
576 |
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單臺eVTOL碳纖維需求量（kg）占比90%，碳絲樹(shù)脂比7:3 |
97 |
363 |
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eVTOL訂單量（架）-截至23年5月 |
6300 |
6300 |
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碳纖維增量需求（噸） |
611 |
2288 |
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資料來(lái)源：觀(guān)研天下整理
4、市場(chǎng)進(jìn)一步低迷，我國碳纖維行業(yè)未來(lái)該如何發(fā)展？
縱觀(guān)市場(chǎng)現狀來(lái)看，低空經(jīng)濟短期內對碳纖維產(chǎn)業(yè)的需求拉動(dòng)的時(shí)間有限，那么隨著(zhù)市場(chǎng)持續低迷，未來(lái)碳纖維行業(yè)該如何推演？
事實(shí)上，碳纖維行業(yè)增長(cháng)邏輯屬于典型的創(chuàng )新供給驅動(dòng)應用場(chǎng)景，所以不斷尋找下游應用新場(chǎng)景，產(chǎn)業(yè)規模才能擴張。例如，1995年，碳纖維進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域；二十一世紀，大飛機、風(fēng)力葉片、汽車(chē)、深海油田成推動(dòng)碳纖維行業(yè)發(fā)展驅動(dòng)力。
目前，全球領(lǐng)域風(fēng)電葉片能夠拉動(dòng)碳纖維約3.5萬(wàn)噸的需求；2017-2020年我國風(fēng)電新增裝機量從1503萬(wàn)千瓦迅速飆升至7167萬(wàn)千瓦，成為國內碳纖維市場(chǎng)關(guān)鍵的增量需求。在滿(mǎn)足剛度和強度的前提下，采用碳纖維的風(fēng)輪葉片比玻璃鋼葉片質(zhì)量輕30%以上，雖然碳纖葉片成本上升，但其帶來(lái)的傳動(dòng)鏈上相關(guān)部件以及塔筒的優(yōu)化減重，使得風(fēng)電機組的整體成本降低10%以上。例如，120m的碳纖維風(fēng)輪葉片可以減少總體自重達38%，使得風(fēng)電機組的整體成本下降14%。未來(lái)，隨著(zhù)風(fēng)電搶裝的影響逐漸消退，預計未來(lái)三年內中國風(fēng)電新增裝機量的增速能夠保持在15%-20%，持續拉動(dòng)碳纖維市場(chǎng)需求。
此外，航空航天工業(yè)對碳纖維行業(yè)需求巨大。飛機結構材料約占起飛總重量30%左右，減輕結構材料重量可帶來(lái)諸多好處，而用碳纖維復合材料代替鋼或鋁，減重效率可達到20%-40%。根據相關(guān)資料可知，2022年11月8日，七家租賃公司與中國商飛又簽署300架C919飛機和30架ARJ21飛機確認訂單；2023年9月28日，中國商飛與東航簽訂C919最大單筆訂單100架。因此，據不完全統計，C919擁有1215架訂單總量。長(cháng)遠來(lái)看，1215架C919訂單全部交付對應碳纖維需求量約5882噸，對應約13.4億元市場(chǎng)空間。
綜上所述，我國碳纖維行業(yè)需求空間大，但是頭部企業(yè)仍然大幅擴產(chǎn)，并且選擇“以量換價(jià)”策略，可見(jiàn)產(chǎn)業(yè)供給依舊是擴張態(tài)勢，再加上當下需求增速不太明朗。因此，如果頭部企業(yè)持續保持擴張態(tài)勢，并且在市場(chǎng)價(jià)格低迷的背景下，或許碳纖維行業(yè)將迎來(lái)落后企業(yè)出清，市場(chǎng)集中度也將隨之上升。（WYD）
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