2021年沥青基碳纤维行业分析报告

2021年沥青基碳纤维

行业分析报告

2021年5月

目 录

一、行业管理 ...................................................................................... 4

1、行业主管单位和监管 ................................................................................ 4 2、行业主要法规和 ........................................................................................ 4

二、行业发展概况和趋势 ................................................................... 5

1、碳纤维介绍 ........................................................................................................ 5 2、通用级沥青基碳纤维概况 ................................................................................ 6

（1）通用级沥青基碳纤维发展概况 ................................................................................. 6 （2）通用级沥青基碳纤维的性能介绍 ............................................................................. 7

3、碳纤维在保温隔热领域应用情况 .................................................................... 7

三、行业竞争格局 .............................................................................. 8

1、株式会社吴羽 .................................................................................................... 9 2、大阪燃气化学有限公司 .................................................................................... 9 3、天津市裕丰碳素股份有限公司 ...................................................................... 10

四、行业壁垒 .................................................................................... 10

1、技术壁垒 .......................................................................................................... 10 2、生产设备等投资壁垒 ...................................................................................... 10 3、下游应用产品壁垒 .......................................................................................... 11 4、产品成本过高及质量缺陷壁垒 ...................................................................... 11

五、行业市场规模 ............................................................................ 11

1、总体规模情况 .................................................................................................. 11 2、应用领域 .......................................................................................................... 12

（1）地区需求量 ............................................................................................................... 13 （2）地区消费金额 ........................................................................................................... 13 （3）碳纤维供应结构 ....................................................................................................... 14

六、影响行业发展的因素 ................................................................. 15

1、有利因素 .......................................................................................................... 15

（1）国家产业支持 ................................................................................................... 15 （2）下业的发展拉动对碳纤维制品的需求 ........................................................... 15

2、不利因素 .......................................................................................................... 16

（1）受宏观经济波动明显 ............................................................................................... 16 （2）外部竞争严峻 ........................................................................................................... 16 （3）国内碳纤维及下游应用的产业链不完整 ............................................................... 16

七、行业主要风险 ............................................................................ 17

1、宏观经济风险 .................................................................................................. 17 2、市场风险 .......................................................................................................... 17 3、技术风险 .......................................................................................................... 17

一、行业管理

1、行业主管单位和监管

行业主管单位为中华人民共和国工业和信息化部原材料工业司，其承担钢铁、有色、黄金、稀土、石化（不含炼油）、化工（不含煤制燃料和燃料乙醇）、建材等的行业管理工作；研究国内外原材料市场情况并提出建议；承担国家履行《禁止化学武器公约》的组织协调工作；承担农业化学物质行政保护有关工作。

2、行业主要法规和

二、行业发展概况和趋势

1、碳纤维介绍

碳纤维是一种新型化工材料，在强度、模量、耐高温、耐腐蚀、耐冲击和热膨胀系数接近于零等方面具有独特的性能。它不仅广泛用于航空航天和军事工业，而且在核电、风力发电、海洋油田、碳纤维复合芯电缆等新能源领域有潜在市场。随着我国经济的快速发展，市场对碳纤维的需求量与日俱增，且应用领域不断拓宽。

按原料分类，碳纤维可分为聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。

碳纤维分类示意图如下：

沥青基碳纤维按其力学性能及分子结构的差异又分为通用级沥青基碳纤维(GPCF)和高性能沥青基碳纤维(HPCF)。通用级沥青基碳纤维在分子结构上存在着石墨化程度较低的微观有序、宏观无序的特性，又称各向同性沥青基碳纤维。高性能沥青基碳纤维属于高度石墨化的各向异性型结构，又称为中间相沥青基碳纤维，二者结构不同，性能及应用领域也有很大不同，没有高低之分。通用级沥青基碳纤维广泛应用的高温保温隔热、活性碳纤维领域，高性能沥青基碳纤维并不适合使用。

2、通用级沥青基碳纤维概况

（1）通用级沥青基碳纤维发展概况

通用级沥青基碳纤维的研究开发始于20世纪50年代末期，1963年日本大谷杉郎发现聚氯乙烯热解沥青、木质素沥青和煤焦油沥青等经过纺丝、不熔化、炭化处理都可制成碳纤维，根据现在的碳纤维的性能分类，应将其定义为通用级沥青基碳纤维。60年代末，在日本吴羽化学公司生产的通用级沥青基碳纤维上市，至今该公司仍在规模化生产，生产工艺采用以通用级各向同性沥青为原料的离心纺丝路线，后道工序为稳定化和炭化，产品有席状物、毡、短纤维、短切纤维和研磨纤维等。美国联合碳化物公司于1970年也成功开发出了以石油沥青为原料的通用级沥青基碳纤维，并于1975年通过Pilot 试验，1982年开始投入工业化生产。日本石墨纤维公司继承了日本制铁和日本石油两大公司的技术实力，于1995年合资成立了“Granoc”沥青

碳纤维公司，积极开展沥青基碳纤维的应用研究，不仅提高了产品性能，而且开发了很多新品种，如低模量型、中模量型、航空航天产品等。

国内研究和开发通用级沥青基碳纤维的单位有鞍山热能院、中科院山西煤化所、石油化工科学研究院、鞍山塞诺达碳纤维有限公司等。虽然国内的通用级沥青基碳纤维的生产实现了从无到有的阶段，但国内各厂家实际上均处于中试放大阶段，远未达到产业规模，因此在产量上也远不能满足国内的需求。 （2）通用级沥青基碳纤维的性能介绍

通用级沥青基碳纤维为各向同性型，其在结构上呈现无序排列特性。其结构中既存在着有序排列程度较高的晶区，又存在着有序程度较低的非晶区。晶区由无规则取向的片状微晶组成，微晶之间相互缠绕，并通过分叉形成网状结构。由发展不充分的微晶或无定形碳组成的非晶区镶嵌在微晶之间的“网眼”中，这样的结构决定了其虽有较低的强度及模量的缺点，但其具有更低的导热系数及更易于阻挡远红外辐射传热，从而具有最佳的高温隔热性能，另外更易于活化造孔制成活性碳纤维吸附材料，发达国家主要采用此种碳纤维。

3、碳纤维在保温隔热领域应用情况

在保温隔热领域，将碳纤维丝束加工成碳纤维毡，碳纤维毡作为高温炉的隔热毡使用，属于高温炉的易耗品。

碳纤维毡主要有聚丙烯腈基(PAN)碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维三种。

PAN 基碳纤维由于生产工艺简单，国内大多数厂家都在用，但是其在高温处理后，纤维变脆，容易产生碳纤维碎屑，对炉内气氛造成较大危害，并且碳纤维断面呈锯齿状，会形成尖锐的断面，对人体健康危害比较大。

沥青基碳纤维含碳量高，挥发少，纯度高，导热系数相对较小，强度高不宜断裂，即使碳纤维断裂，断裂形成的断面比较圆滑对人体健康危害极小。使用沥青基碳纤维生产的隔热材料具有以下优点：优良的隔热性能；碳含量高，挥发物少，污染小；较高的强度。

粘胶基碳纤维虽然导热系数较小，理论分析其最适合做隔热材料，但是其抗氧化性能和强度都不及沥青基碳纤维，并且其收率极低、污染较大、价格昂贵，很大程度上了其的使用，因此目前已经较少使用。

PAN基碳纤维由于生产工艺简单，目前我国市场上的碳纤维保温毡以PAN基碳纤维保温毡为主。在保温隔热领域，沥青基碳纤维较PAN 基碳纤维具备多方面优势。

三、行业竞争格局

世界碳纤维发展水平以日本、美国、德国等较为成熟，其对中国采取技术封锁的态度。我国碳纤维的质量、技术和生产规模与国外差距很大，其中高性能碳纤维技术更是被西方国家垄断和封锁，由于缺

少具有自主知识产权的技术支撑，国内企业目前尚未掌握完整的高端碳纤维核心关键技术。

国内碳纤维行业经过多年发展，发展速度较快，但与前述发达国家还存在一定的差距。近年来，和民间都投入巨大，却主要集中在PAN 基碳纤维的线路上，在保温隔热、活性碳纤维/碳碳复合材料等通用领域，我国研发进展相对缓慢。沥青基碳纤维具有PAN 基碳纤维无法超越的成本及性能等优势，通用级沥青基碳纤维在保温隔热领域可以作为PAN 基碳纤维的替换产品。

1、株式会社吴羽

1970年首次在世界上发明了沥青系碳素纤维并且开始工业化生产。2003年株式会社吴羽在上海设立吴羽（上海）碳纤维材料有限公司，从日本本部采购沥青基针刺毡来生产硬毡产品，为了尽快满足用户端日益增长的需求，于2004年初开始生产，2005年初第二期项目建成，从日本总部采购沥青基碳纤维散丝来生产与高温真空炉隔热材料相配套的碳纤维丝束，这种束丝经特殊工艺精纺同时也可用于耐高温，耐腐蚀密封产品之中。

2、大阪燃气化学有限公司

成立于1949年6月29日，注册资本142亿日元（股东：大阪燃气株式会社），制造并销售碳纤维以及碳纤产品（碳纤维软毡，碳纤维断热材硬毡，轻量保温隔音材）。大阪燃气化学生产的碳纤维，是

以煤沥青为原材料，通过独特的纺纱、烧制技术实现产品化的沥青基通用碳纤维。经过涡流法进行纤维化的碳纤维拥有形状卷曲的特长，纤维相互之间缠绕性极佳，具有优异的导电性、隔热性以及树脂含浸性，该公司目前在中国市场只销售硬毡产品并主要供给蓝宝石生产企业。

3、天津市裕丰碳素股份有限公司

公司致力于沥青基碳纤维产品的研发、生产、销售，是国内一家拥有完整沥青基碳纤维生产技术并实现大规模生产的企业。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

碳纤维行业属于技术密集型行业。行业潜在进入者将面临较高的行业技术壁垒，主要是各种碳纤维生产工艺壁垒。克服生产工艺技术的劣势并规模化生产出高质量的碳纤维产品需要借助于强大的研究力量及研发投入，并经过长期的技术、经验积累。

2、生产设备等投资壁垒

鉴于碳纤维生产工序复杂，专业设备技术壁垒，也是规模化生产存在主要阻碍之一。首先，项目从可行性分析、购置土地、建设规划、环境保护等报批需要较长的时间；其次，生产设备投入后，因设备及工艺复杂、生产步骤环节较多，在各工序中对材料投放占比、温度、

压力等都有严格要求，设备调试复杂，尤其是高温炉升温、冷却环节消耗资源、时间等较多。因此，生产设备不仅形成了资金投入壁垒，同时存在较高的设备技术壁垒。

3、下游应用产品壁垒

碳纤维产品下游应用领域尚未完成成熟，各碳纤维产品成功应用于下游应用产品亦形成了对应的产品技术壁垒。行业内新进入者首先需要成功生产出碳纤维产品，其次需要定位其碳纤维产品在行业内的定位，最后需要成功应用于下游应用产品并得到客户的认可。

4、产品成本过高及质量缺陷壁垒

受产业化水平和制备技术的影响，行业内碳纤维制备成本偏高，必将影响其应用拓展；碳纤维品种偏少，质量稳定性差，由于纤维制备工艺以及助剂等因素，国产碳纤维存在毛丝较多，纤维脆性大，灰分含量高等问题，使国产碳纤维的使用性能较差，难以完全满足市场应用要求。新进入者技术、经验等不足，短期内较难避免此种风险。

五、行业市场规模

1、总体规模情况

2016-2019年我国碳纤维的需求量总体呈增长态势。2019年我国碳纤维的总需求为37840吨，同比增长22%。其中进口量为25840吨，同比增长17.5%；国产量为12000吨，同比增长33%。

2、应用领域

2019年我国碳纤维主要应用在风电叶片及体育领域，合计占总需求量的73.5%。2019年我国碳纤维主要应用在风电叶片及体育领域，其中风电叶片对碳纤维需求量占总需求量的36.5%；其次为中国体育和中国体育，对碳纤维需求占总需求比重为37%。建筑补强、压力容器、混配模成型、航空航天及碳碳复材等领域比重均为3-4%左右。

（1）地区需求量

2019年江苏、广东及山东地区对碳纤维需求较大，合计占全国总需求的76%。从主要省份需求量上来看，2019年江苏、广东及山东地区对碳纤维需求较大，分别占总需求的34%、22%和20%，合计占全国总需求的76%。上海、福建地区占总需求比重均为6%，天津、浙江、辽宁占总需求比重均为3%。

（2）地区消费金额

2019年广东、江苏、上海及山东地区对碳纤维消费金额较大，合计占全国总需求的77%。从主要省份碳纤维消费金额上来看，2019年广东、江苏、上海及山东地区对碳纤维消费金额较大，分别占总金额的22%、20%、20%和15%，合计占全国总消费金额的77%。福建

地区占总消费金额比重为6%，天津、浙江、辽宁、北京占总消费金额比重均较小。

（3）碳纤维供应结构

2019年进口碳纤维比重高达68.3%，主要进口地区为日本和中国。从我国碳纤维供应上看，2019年我国31.7%的碳纤维为国产，进口碳纤维比重高达68.3%。其中主要进口地区为日本和中国，进口量占我国总需求量比重分别为20.3%和15%;美国、墨西哥及韩国，进口量占我国总需求量比重分别为7.3%、6.5%和5.5%。

六、影响行业发展的因素

1、有利因素

（1）国家产业支持

碳纤维产业是国家鼓励的基础性战略性新兴产业，、工信部等部门密集出台多项产业支持碳纤维产业的发展。 （2）下业的发展拉动对碳纤维制品的需求

随着社会的发展进步，对高质量、高性能产品的需求促进了对新材料的需求，同时激励着行业内企业对新材料应用领域的拓宽。碳纤维产品的诸多优良性能已经被证实，预计伴随着下业的发展进步，未来对碳纤维产品的需求量会进一步扩大。

2、不利因素

（1）受宏观经济波动明显

近年来，我国国民经济增速放缓、内需疲软、疫情影响，经济尚未出现明显快速增长的情况。

宏观经济景气度和下游制造业的需求情况受经济周期的影响相对较大，下业的景气度最终会传导至对公司产品的需求量。 （2）外部竞争严峻

中国碳纤维国内企业发展时间较短，规模较小，行业内大部分企业处于碳纤维产业链的低端。

在成长阶段就面临完全市场竞争，国外碳纤维生产巨头则发展多年，且产品种类更为丰富，其可以用高性能碳纤维的盈利弥补通用级碳纤维的亏损，若对我国降价打压，可能会遏制我国碳纤维产业发展。 （3）国内碳纤维及下游应用的产业链不完整

碳纤维下游应用产品性能受碳纤维原丝质量、生产工艺性等影响较大，因此需要发展由原丝到碳纤维产品再到下游应用产品的全产业链体系，下游产品的开发，要与碳纤维原丝、碳纤维产品的研发形成一个良性互动过程。

七、行业主要风险

1、宏观经济风险

根据国家统计局统计，2018年、2019年和2020年前三季度我国国内生产总值增值率分别为6.6%、6.1%和2.7%，我国经济增速有所放缓。宏观经济环境会对产业链下游企业普遍产生影响，下游生产企业对沥青基碳纤维产品的采购直接影响公司的经营及效益。若宏观环境不景气，则会对产业链发展带来不利影响。

2、市场风险

碳纤维的市场需求取决于应用领域的广度和深度。纵观全球，除部分领域因应用技术成熟而开始规模化生产、应用外，绝大多数应用领域因技术仍处于研发或试生产阶段而导致市场整体需求偏小。鉴于应用技术研发方面存在着不确定性，未来，碳纤维行业的市场需求存在着一定风险。

3、技术风险

碳纤维作为先进碳材料，一直以来引起了各国的研发和应用探索，总体来看，其应用技术及领域还存在较大的提升空间。近年来，世界知名研究机构、企业均投入了相当资源用于碳纤维制备技术和应用技术的研发，取得丰硕成果。但是，总体来说，无论是制备技术还是应用技术均面临一定的技术瓶颈，如受技术，世界上仅有少数国家

地区技术相对成熟；应用技术方面也临着理论应用转化的瓶颈。考虑到碳纤维制备技术的复杂性和应用技术跨学科的综合性，未来，碳纤维行业存在着一定的技术研发及应用风险。