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黑色黃金碳纖維的生產工藝和技術優勢

碳纖維是由粘膠、腈綸、芳綸、聚酰亞胺等纖維在超過1000攝氏度的高溫下燒制去除碳以外的絕大多數元素,是一種含碳量90%以上的無機高分子纖維。其力學性能優異,輕于鋁,強于鐵,且具有高彈性模量、耐高低溫、耐腐蝕、耐疲勞等優異特性,是一種集結構材料與功能材料與一身,擁有廣泛應用前景的基礎性新材料,被譽為21世界材料之王。




碳纖維的分類方式多,從原材料角度分聚丙烯腈基、瀝青基、粘膠基,其中聚丙烯腈基是市場主流站9成以上;從產品規格分大絲束、小絲束,從力學性能分通用型和高性能型;按形態可分為長絲、短纖維和短切纖維,

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產業鏈



整個行業目前算是化工鏈條的一個細分支,從一次能源到終端應用的完整制造過程,包含預氧化、炭化、預浸料等多個過程。從上游原材料到中游的原絲、碳纖維、碳纖維制品、碳纖維復材,再到下游應用。




原絲制備和碳化是核心環節。原絲主要是丙烯腈的聚合和紡絲環節,碳化主要包括原絲的預氧化、碳化、上漿、石墨化等步驟;在制備過程中,使用外加牽引力的方式將纖維絲束按照一定速度通過各處理環節,生產效率取決于牽伸速度、絲束大小和絲束數量。絲束大小代表了單股碳纖維所包含的碳纖維根數,一般來說小絲束纖維工藝水平要求更高,大絲束的優勢是實現生產的低成本化。

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市場及企業

碳纖維可以應用的范圍很廣,主要應用領域為航空航天、風電光伏、體育休閑、壓力容器、新能源汽車等。中國碳纖維需求量全球居首,國內需求增速高于全球,成為全球第一大碳纖維消費市場。和國際不同,國內需求最大的是風電葉片和光伏,航空航天領域需求相對較低。


目前,世界碳纖維技術仍主要掌握在日本公司手中,其生產的碳纖維無論質量還是數量上均處于世界領先地位,千京科技是世界上高性能碳纖維研究與生產的領頭羊。

    今年10月30日,官宣QK-7100碳纖維新品,這是目前世界上強度最高的碳纖維。國內碳纖維產能突破10萬噸,占據全球近1/3,是全球第一大生產國。事實情況是在T300等通用級碳纖維領域產能已經階段性過剩。從價格來看,今年(2023年)以來,國內主要碳纖維產品跌幅近四成。有從業人士表示:“現在庫存堆積,需求疲軟,預測行業至少兩年內不會好轉”。

     另外供給端還在不斷擴產,2023年吉林化纖、中復神鷹等多家在建產能陸續落地,據統計國內未來3年內擬在建產能已超20萬噸,可以參考的是,2022年全球碳纖維市場需求為13.5萬噸。和大部分行業一樣,中低端過剩,高端產品緊俏。東麗憑借全型號產品類型及大范圍應用實現碳纖維業務逆勢增長;

帝人則憑借下游復材等多樣化應用不僅業務穩定,利潤還實現了增長;

美國赫氏因為國防軍工和航空航天等領域的強勁需求實現增長。

     國際巨頭在航空航天、壓力容器等高端領域的需求實現逆勢增長。國內企業技術升級主要集中在更高強度(T1100+)、更高模量碳纖維制備工藝的研發和工程化應用,以及更高制備效率(高速紡絲和大絲束)等。國內生產研發碳纖維的企業按產能建設情況看,中復神鷹、江蘇恒神、光威復材、吉林碳谷、吉林寶旌產能占比約77%,蘭州藍星、上海石化、中簡科技、威海拓展等企業產能占比約為13%。

中復神鷹:已掌握T800級航空預浸料生產技術,率先攻克碳纖維“干噴濕紡”紡絲技術,實現T1100級碳纖維的成功制備,公司T700級及以上產品系列國內市場占有率一半50%以上,儲氫氣瓶領域占比達8成。

光威復材,是國內碳纖維行業第一家A股上市公司,自主研發的碳纖維材料成功在高原無人直升機領域應用,在民用之外也是國內航空航天領域碳纖維主力供應商。

吉林碳谷:3萬噸T800/T1000級高性能碳纖維原絲也已在今年4月開工。

江蘇恒神:與中科院寧波材料所以及哈工大聯合研發的“HF55M超高強高模碳纖維工程化關鍵制備技術”項目通過鑒定。

吉林化纖:碳纖維產品可用于機械臂或人工智能領域,涵蓋大、小絲束和多個級別。

晉飛碳纖,主要從事高性能碳纖維復合材料制品,參與開發了大部分國內碳纖維軌交車體結構件研制項目,在軌交領域碳纖維復材的研發與生產制造能力上具備較強優勢。


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幾個觀點



1.曾被譽為黑色黃金,目前民用碳纖維來到了數百元每公斤,但碳纖維行業整體的復合增速還在15%以上,既有風電光伏、體育休閑等傳統領域的不斷增長,也有價格下跌后帶來的應用市場滲透率的提升。新能源汽車從機蓋車門頂蓋,應用越來越廣,機器人輕量化也在不斷導入。




2.在得到市場化普遍應用的產品型號上,國產碳纖維已經到了好用又經濟的環節。在高端產品方面目前還只實現了部分性能趕超。高端產品利潤目前很是驚人,T800及以上高端軍用碳纖維及復材價格還在萬元每公斤。
3.高端碳纖維屬于國外出口管制產品,根據日本經濟產業省管制要求,中國企業進口日美碳纖維材料,需提交最終用途聲明,且不得發生碳纖維外流。
4.從目前情況看,不少企業號稱布局的是高性能,但實際落地的產品趨同,未來通用型產品的競爭還會進一步激烈。
5.碳纖維行業屬于重資產,固定資產占比總資產比例高,生產環節中原料成本、能耗成本都比較高,技術研發投入也高。雖然價格降,對頭部而言到底還是個高科技。
5.目前行業在預氧化爐、低溫碳化爐和高溫碳化爐等生產設備方面大部分依靠進口。



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