國內企業碳纖維技術突破國產替代空間可期
發布時間：2022-03-02
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歐美日企業具有先發優勢，碳纖維生產工藝已非常成熟。1959 年日本大阪工業試驗所成功發明了 PAN 基碳纖維的制備技術，由此揭開了全球碳纖維產業發展的序幕。國際上 PAN 基碳纖維的生產于上世紀 60 年開始起步，日本、英國是先開啟實驗室研發碳纖維，而美國于當時專注攻克粘膠基碳纖維，所以在此方面發展稍晚 一步。
進入70 年代，日、英、美三國企業開始頻繁合作，開始工程化技術的研發以 及應用領域的開拓，成功將碳纖維應用在高爾夫球桿、釣魚竿等方面，同時碳纖維 復合材料在航天航空結構上也取得突破，還實現了批量生產。90 年代開始，碳纖維產業發展提速，行業正式進入了工業化時代，單線產能突破千噸/年。日本東麗公司作為行業翹楚，早在當時就基本完成了現有絕大部分產品型號的研發和生產，包括初期的 T300、中期的 T800 和 T1000、末期的 M60J。進入 21 世紀之后，碳纖維的應用不再限于非民用和宇航，風電、汽車等領域的應用也在不斷擴大。
總的來說， 由于歐美日企業很早就開始研發碳纖維技術，并將技術與產業發展相融合，具備先發優勢，占據很大一部分的市場份額，對上游碳纖維的市場更是形成了壟斷。目前， 世界碳纖維技術主要由日本企業掌握，其生產的碳纖維無論是質量還是數量均處于重要地位。日本的三家碳纖維企業（東麗、東邦、三菱）占據全球 PAN 基碳纖 維約 50%的市場份額，日本東麗則是全球高性能碳纖維的頭部企業。
國內發展稍有停滯，如今積極發展有望縮小差距。我國 PAN 基碳纖維的研究可以追溯到 1962 年，與日本同時起步。由于國外碳纖維企業囿于“巴黎統籌條約” 的限制，不愿出售相關的生產設備，只有英國 RK 公司愿意出售極小產量的中試線， 中國碳纖維行業于上世紀 90 年代一直處于停滯狀態，直到進入新世紀之后，科技部設立碳纖維專項，將碳纖維列入 863 計劃新材料領域，才算是恢復發展。2008 年， 以國有企業為主的大量工業企業涌入碳纖維行業，但大多企業在一些關鍵技術上毫無突破，生產線運行效率較低且產品質量不穩定。2010 年開始，碳纖維行業格局發 生優化，優勝劣汰，從原先的 40 多家企業減少到了十多家企業。隨著下游應用的拓展，碳纖維的需求逐步提升，倒逼上游企業開始大力發展，一些企業在工業級大絲束碳纖維的生產工藝上取得突破，具備產業鏈自主化能力的產品類型。
二、 技術取得突破，為碳纖維國產替代奠定基礎
完整的碳纖維產業鏈包含從原油到終端應用的制造過程。上游企業從石油、天 然氣等化石燃料中制取丙烯，并經過氨氧化得到丙烯腈。丙烯腈通過聚合制成紡絲 原液，然后紡絲成型得到聚丙烯腈（PAN）原絲。原絲需要經過多段氧化爐制成預 氧絲，隨后在氮氣的保護下經過低溫和高溫碳化后得到碳纖維。碳纖維可以制成碳 纖維織物和碳纖維預浸料，也可以與樹脂、陶瓷等材料相結合制成碳纖維復合材料， 由各種成型工藝得到下游應用需要的成品。
三、下游需求高增，國產碳纖維迎來歷史機遇
中國運行產能迅速攀升，未來碳纖維國產率有望逐步提高。2020 年，全球碳纖 維運行產能為 17.17 萬噸，同比增長 10.81%。其中，中國大陸碳纖維運行產能為 3.62 萬噸，同比增長 34.64%，增速明顯快于全球，以至于中國大陸運行產能已經升至全球第二位。細分供應來源來看，2020 年國產碳纖維供應量為 1.85 萬噸，進口碳纖維 3.04 萬噸，同比增速分別為 53.75%、17.46%。雖然當前我國碳纖維主要依靠進口， 但是國產碳纖維連續三年保持了 20%以上的增長速度，直觀說明國內碳纖維企業在 生產方面取得了不小的進步。中國碳纖維需求結構與全球相比有著明顯差異，風電 葉片領域貢獻主要需求。在國內“雙碳”背景下，國家大力發展清潔能源，風力發 電、氫燃料電池汽車、光伏等領域對碳纖維有著海量需求，隨著國內企業產能的擴 展和制品質量的提升，未來碳纖維國產率將會穩步提升。鑫材泰克小編分析以大絲束碳纖維為切入點， 國內企業將會對碳纖維生產工藝愈發嫻熟和理解，假以時日或將在高性能碳纖維上 取得突破，碳纖維國產替代空間廣闊。
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