碳纤维CT床板市场现状分析及发展前景

碳纤维CT床板市场现状分析及发展前景

碳纤维竞争格局碳纤维是一种集结构材料与功能材料与一身、具有多种优异性能，拥有广泛应用前景的基础性新材料，广泛应用于航空航天、风电光伏、休闲体育等行业。碳纤维属于技术密集型、资金密集型产业，具有产业链长、工艺技术复杂、研发周期长、资金投入量大、行业技术性强等特点，行业进入壁垒高。目前，国内生产研发碳纤维的企业主要包括中复神鹰、江苏恒神、光威复材、吉林碳谷、吉林宝旌等。按产能建设情况看，我国碳纤维第一梯队企业包括中复神鹰、江苏恒神、光威复材、吉林碳谷、吉林宝旌，前五企业产能占比约77%；第二梯队企业包括兰州蓝星、上海石化、中简科技、威海拓展等企业，产能占比约为13%，其他企业产能累计占比10%左右。碳纤维生产的主要技术壁垒在于原丝，原丝的质量对碳纤维力学性能影响较大。主流原丝的制备工艺包括私法纺丝和干喷湿法纺丝，其中使用干喷湿法纺丝生产出的纤维表面光滑，纤维致密性更高，干喷湿法纺丝优势明显。经过长期的技术累计与投入，我国碳纤维龙头企业正逐步打破国外技术垄断格局，国内碳纤维产能规模也在不断扩张。中复神鹰、江苏恒神、光威复材和中简科技等部分企业已经能实现T700级、T800级和T1000级碳纤维规模化生产，产品性能也逐渐能与国外产品比肩。其中，中简科技最新研发的ZT7系列碳纤维产品打破了发达国家对宇航级碳纤维的技术装备封锁，各项技术指标也达到了国际同类型产品先进水平。目前，国内碳纤维技术升级主要集中在更高强度（如T1100级别）和更高模量（如M55级别）碳纤维制备工艺的研发和工程化应用，以及更高制备效率（如高速纺丝和大丝束）。此外，在预氧化炉、低温碳化炉和高温碳化炉等生产设备方面，中复神鹰主要依靠进口和自行研发制造，江苏恒神则等多家企业主要依靠从美国、德国地区进口。整体来看，国内碳纤维设备国产化进程还有待提高。碳纤维行业投融资情况在绿色能源和新型材料发展的带动下，中国碳纤维复合材料的下游应用领域逐步扩大，开始在汽车制造、建筑交通等方面布局，并进一步加大了在风电设备领域的产业应用。随着下游行业的兴起，碳纤维行业也逐渐成为投资者关注的领域。数据显示，2021年我国碳纤维行业相关投资事件为8起，达到历史新高，投资金额达6．9亿元。2022年1-8月，投资数量为3起，投资金额达到历史新高，达6．4亿元。碳纤维行业未来发展趋势（一）碳纤维原材料加速，推动国产碳纤维复合材料及制品在下游的广泛应用现阶段，国内碳纤维市场仍以进口碳纤维为主、国产碳纤维为辅，但国内厂商已逐步实现关键技术突破，国产碳纤维产品型号基本实现了对国际领先厂商主要碳纤维型号的对标。赛奥碳纤维数据显示，2021年国内碳纤维需求量为6．24万吨，国产碳纤维供应量为2．93万吨，若国产碳纤维全部供应于国内需求，国产化率约47．00%，较2020年增长9个百分点，趋势明显。未来，随着我国碳纤维原材料加速，我国碳纤维行业整体亦将实现的突破，为碳纤维复合材料及制品在下游更广泛的应用奠定基础。（二）碳纤维复合材料及制品应用领域横向拓展、纵向延伸，促进碳纤维全产业链高速发展长期以来，由于碳纤维应用技术开发难度较高，研发设计时间长、研发投入大、生产成本高，我国碳纤维下游主要应用于体育健康、风电叶片、建筑加固等领域，在轨道交通及民用航空等新兴领域涉足尚浅。而碳纤维产业的发展，一方面离不开碳纤维原材料的技术开发及生产制造能力，另一方面，将碳纤维原材料制作为预浸料等中间体及最终制品，将新材料开发与下游领域应用需求结合，以进一步验证材料性能，对于新材料产业发展亦至关重要。未来，随着碳纤维国产进程加速，围绕国产碳纤维适配的基体树脂与中间材料的改性与赋能、碳纤维复合材料产品的设计与制造技术的提升，国产碳纤维复合材料及制品的应用将得到进一步拓展与深化，促进碳纤维全产业链的高速发展。碳纤维行业发展历程（一）全球碳纤维行业发展历程全球碳纤维行业起步于20世纪70年代，经过近30年的不断发展，碳纤维生产工艺技术于21世纪初趋于成熟。在碳纤维行业起步阶段，碳纤维应用领域较窄，主要在国防和部分工业领域小部分应用，随着更高性能碳纤维制备技术取得突破、复合材料成型技术进步，碳纤维产品在工业机械、建筑补强、压力容器、飞机主承力结构等领域的应用逐渐扩大，碳纤维生产成本也逐渐降低。（二）我国碳纤维行业发展历程我国碳纤维行业几乎和日本、美国等发达国家同时起步，但由于相关知识储备不足等因素，发展较为缓慢。同时，日本、美国等国家对碳纤维核心技术形成垄断，禁止碳纤维供应商对我国关键行业进行出口，试图延缓我国重大装备等高端领域的长期发展。21世纪以来，我国加大对于碳纤维领域的支持力度，相继出台多项法律法规及相关产业政策，鼓励高性能碳纤维复合材料研发、生产及下游应用。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。目前，在体育健康、风电叶片、建筑补强等领域，高性能复合材料及制品的应用技术已逐步成熟；汽车、医疗、压力容器领域碳纤维制品的运用也逐步展开；民用航空领域国产碳纤维制品的应用起步相对较晚；轨道交通作为我国代表性产业，碳纤维复合材料应用周期相对较长，目前主要产品正处于逐步从非承载结构的内饰件向各类结构件转变的发展过程。碳纤维行业产能不断扩张，国产化进程持续加快碳纤维上游为原油化工行业，需从石油、煤炭、天然气等化石燃料中提取制备丙烯，然后通过氨氧化后得到丙烯腈。碳纤维企业以丙烯腈为原材料进行聚合反应生成聚丙烯腈，再以其纺丝获得聚丙烯腈原丝，进行加工生产后得到碳纤维。2022年以来，受俄乌政策冲突等因素影响，全球能源供应偏紧，为了保障我国能源供应安全，国家及企业不断加大石油天然气勘探开发力度。2022年，我国生产原油20466．7万吨，同比增长2．9%；生产天然气2177．9亿立方米，同比增长6．4%，我国能源供应整体安全稳定。2022年，利华益集团、江苏斯尔邦、辽宁金发等企业相继扩产，我国丙烯腈新增产能52万吨，产能同比增长16．5%。随着产品产能不断增加，丙烯腈产量也在不断增加。2022年我国丙烯腈产量约300万吨，同比增长14．81%，行业供给充足。从丙烯腈市场价格走势看，2022年上半年，受多地疫情反复及国际地缘冲突等因素影响，原油价格高位大幅波动，叠加疫情对物流供需影响，丙烯腈市场价格震荡下行。其中，山东市场价格从年初的1．33万元/吨下降至6月底的1．08万元/吨，跌幅达到18．80%。2022年下半年，丙烯腈市场价格呈先涨后降态势。受上半年长时间亏损使得丙烯腈工厂采取限制措施，产品供给相对减少，丙烯腈市场价格有所回升。进入11月，多地扩能项目相继投产，行业供应增加，下游市场需求整体平稳，丙烯腈市场价格持续下降。对碳纤维生产企业来说，行业原材料采购成本相对下滑。2015年以来，我国出台了多项推动碳纤维行业发展相关政策，鼓励上海、江苏、浙江等地区加快发展碳纤维及其复合材料。在相关政策推动下及风电、光伏等新能源产业快速发展带动下，我国碳纤维市场需求快速增长，国内中复神鹰、光威复材、中简科技等多家企业相继宣布扩产，产品产能随之逐步扩大。2022年我国碳纤维产量及需求量分别为4．43万吨和7．75万吨，同比分别增长77．2%和24．2%。据不完全统计，2022年我国碳纤维相关企业宣布计划投产产能累计5．9万吨。其中，新增的产品产能主要为大丝束碳纤维，其主要应用在风电、汽车领域。未来，随着新增产能项目逐步投产，我国碳纤维产能或将达到11万吨，将超过日本在全球的市场份额。整体来看，虽然产品供给能力不断提升，但仍无法满足下游市场需求，行业供需缺口较大。受国外对我国碳纤维行业技术、设备封锁，长期以来国内碳纤维产品主要依赖进口。随着碳纤维相关技术不断创新升级，我国碳纤维生产能力不断提高，国内碳纤维产品出口数量大幅提升。根据海关数据，2022年我国碳纤维进出口数量分别为10319．22吨和1709．65吨，同比分别增长78．18%和263．85%，进出口差额达到8609．56吨。从进口源看，日本、韩国、墨西哥、中国台湾和美国是我国碳纤维的重点进口地区。2022年我国分别从日本、韩国、墨西哥、中国台湾和美国进口碳纤维2434．73吨、2014．93吨、1825．49吨、1439．19吨和1190．76吨，分别占总进口比重23．59%、19．53%、17．69%、13．95%和11．54%，前五名地区合计占比86．3%。受日本本地及欧美市场需求上涨，叠加东丽风波事件影响，日本对我国出口的碳纤维产品数量相对减少。从国内主要进口省市看，进口碳纤维前三名地区分别是江苏省、广东省和上海市，进口占比分别为43．97%、27．35%和12．76%，进口前三名地区合计占比达到84．08%。由于进口的碳纤维由于品质较好，企业将进口碳纤维主要用于体育用品及风电叶片领域。随着国家将碳纤维及其复合材料列入科技创新2030重大工程以来，国家及企业持续加大其关键技术研发，行业相关工艺、技术、设备也取得了多项突破，国内碳纤维及其复合材料产量持续增长，产品国产化进程加快。近年来，在政策发力和企业努力下，我国不断取得碳纤维及其复合材料生产制备和关键技术攻关，产品产能规模也不断扩大，碳纤维国产化进程持续加快。2018-2022年，我国碳纤维国产化占比不断提升。2022年以来，多家碳纤维龙头企业不断扩大产品产能，加快产品技术创新，我国碳纤维产品国产率从2018年的29．03%逐步提升至2022年的57．16%，5年间产品国产率扩大28．13个百分点，提高了近一倍。未来，随着国内碳纤维相关技术不断创新，产品产能规模持续扩大，预计到2025年，我国碳纤维国产化进程将提升至62%以上。碳纤维是制造先进复合材料的重要增强材料，强度高、抗摩擦、耐腐蚀，可广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。正因其具备十分优异的特殊性能，自研发以来，碳纤维及其复合材料研发技术长期被发达国家掌握，也是国外对外我国进行技术封锁和产品垄断的重要物质。为了摆脱核心技术受制于人的局面，我国自2000年开始大力发展碳纤维产业，并将其列为国家重点发展的战略性产业。碳纤维制造难度较高，工艺流程复杂。经过多年经验积累及技术创新，目前国内主要有湿法纺丝和干喷湿法两种生产方法，由于干喷湿纺工业技术难度较大，国内仅有少数企业掌握该技术工艺，国内大部分企业仍采用湿法纺丝生产碳纤维。资料显示，碳纤维生产成本中，原丝、氧化及碳化成本较高，其中原丝成本占比达51%，是决定碳纤维性能的关键环节，也是企业未来实现降本增效的重要领域。按丝束规格不同，可以将碳纤维分为大丝束碳纤维和小丝束碳纤维。其中大丝束碳纤维的碳纤维根数在48K及以上，小丝束碳纤维根数则在48K以下。与小丝束碳纤维相比大丝束受到制作工艺的限制其模量与强度稍显逊色，但是制作成本与售价具备高性价比，在工业领域尤其是风电领域得到了广泛应用。碳纤维复合材料行业特点（一）碳纤维复合材料技术密集碳纤维复合材料行业的技术难点主要体现在配方研发、结构设计和工艺技术积累等方面。在复合材料配方研发方面，复材产品定制化程度较高，不同部件通常需单独研发，随着下游应用领域的不断拓展，复合材料制造厂商必须通过持续的研发创新，以满足客户在产品性能、成本、轻量化等方面的需求；在结构设计和工艺技术方面，复合材料制品整体制造方案的设计依赖于企业自身长期的工艺摸索和经验积累，不是短期的大额资本投入所能弥补。（二）碳纤维复合材料集中度低从全产业链看，制造碳纤维产品的上游碳纤维材料和中游复合材料均是产业链的核心环节，全环节技术壁垒较高。其中，上游碳纤维生产流程复杂、前期投入巨大，从全球范围及国内市场来看均呈现集中度较高的竞争格局；碳纤维最主要的应用形式是形成碳纤维复合材料进行实际应用，由于终端应用场景丰富，聚焦于中游碳纤维复合材料开发及下游应用的厂商众多，碳纤维复材制品行业整体集中度较低，呈现分散化特点。根据公开披露信息，目前碳纤维复合材料制品相关收入规模均较小，处于小企业、大市场的发展阶段，在交通装备、医疗健康、体育健康、民用航空等领域具有一定先发优势，随着行业的进一步发展扩大，行业未来将拥有充足的市场空间。碳纤维行业产业链分析（一）碳纤维上游行业供应分析碳纤维根据原丝种类主要分为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维，其中又以PAN基碳纤维为主，目前碳纤维一般指PAN基碳纤维。碳纤维因其优异的力学性能而被作为增强材料广泛应用，因此业内主要采用力学性能进行分类。按照每束碳纤维中单丝根数，碳纤维可以分为小丝束和大丝束两大类别。一般按照碳纤维中单丝根数与1，000的比值命名，12K指单束碳纤维中含有12，000根单丝的碳纤维。早期小丝束碳纤维以1K、3K、6K为主，逐渐发展出12K和24K。小丝束碳纤维性能优异但价格较高，一般用于航空等高精尖领域，以及体育用品中产品附加值较高的产品类别。一般认为24K以上（不含24K）以上的型号为大丝束，包括48K、50K、60K等。大丝束产品性能相对较低但制备成本亦较低，因此多运用于风电及其他工业领域。随着目前碳纤维制作工艺的提升及产品价格的下降，小丝束碳纤维在工业领域的运用已逐步拓宽。1、碳纤维材料供给情况2017年至2021年，全球碳纤维产能呈逐年增长状态。根据赛奥碳纤维统计数据，至2021年，全球碳纤维产能达20．76万吨，同比增长20．91%，较2017年均复合增长率达8．99%。随着我国碳纤维技术不断成熟，我国碳纤维产能占全球碳纤维历年产能的比例逐渐提高，从2017年的17．68%增长至2021年的30．50%，成为全球最大产能国。根据赛奥碳纤维统计数据，2021年我国碳纤维实际供应量为2．93万吨，增长明显。2、碳纤维材料需求情况2021年我国碳纤维需求量为6．24万吨，若国产碳纤维全部供应于国内需求，则需进口数量为3．31万吨，国产化率约46．89%，国内碳纤维市场进口替代速度加快。未来，随着国家产业政策支持以及国内碳纤维生产厂商的技术进步，进程有望进一步加快。近年来，碳纤维产业国产化进程不断加快。从政策导向来看，2021年，加强碳纤维及其复合材料的研发应用被列入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》重点发展领域；2022年4月，工信部、发改委提出攻克48K以上大丝束、高强高模高延伸、T1100级、M65J级碳纤维制备技术。国家高度重视碳纤维行业发展，高性能、规模化是我国碳纤维产业的发展趋势。2021年，全球碳纤维运行产能集中于国际知名厂商，在国家相关产业政策利好、国内企业技术突破等多重因素影响下，未来全球新增产能主要集中在我国。在碳纤维性能方面，如中复神鹰等国内领先厂商的产品型号基本实现了对日本东丽主要碳纤维型号的对标，实现了高强型、高强中模型、高强高模型各类型碳纤维的品种覆盖。产能方面，各大碳纤维企业纷纷扩产，如中复神鹰西宁万吨高性能碳纤维项目、光威复材包头万吨大丝束碳纤维产线、上海石化1．20万吨大丝束碳纤维产线等预计陆续投产，产品逐步投放市场。综上，虽然2021年我国碳纤维仍以进口为主，但进口比例有所下降，伴随未来几年国内龙头企业的技术进步及产能释放，国产碳纤维有望逐步实现对进口碳纤维的替代，供给增加也将推动国产碳纤维价格逐渐回落。我国现为世界最大的合成树脂生产国及消费国。2017年至2021年，我国合成树脂产量由8，458．10万吨增长至10，765．40万吨，复合增长率达6．22%。进出口方面，我国每年从国外进口大量合成树脂，进口量保持在3，000万吨左右，其中2021年进口量达3，277．40万吨；相较进口量，出口量变化较大，从2017年的574．16万吨增长至2021年的1，096．40万吨。整体而言，我国合成树脂自给能力有所增强，到2021年，进口依存度已由2017年的29．00%下降至24．00%。（二）碳纤维下游行业应用分析高性能碳纤维复合材料制品、高性能碳纤维预浸料等产品广泛应用于多个下游领域，主要为交通装备、医疗健康、体育健康等领域。未来，随着民航座椅部件、客舱内饰件等产品的逐步放量，民用航空亦将成为碳纤维复合材料及制品应用的重点领域之一。根据赛奥碳纤维的《2021全球碳纤维复合材料市场报告》，按照碳纤维在复合材料中占比65．00%来计算，2021年我国树脂基碳纤维复合材料需求达到9．60万吨，预计2025年将达到24．50万吨，2021年-2025年的复合增长率达到26．40%。1、碳纤维交通装备领域应用分析随着轨道交通行业的迅速发展，轨道交通车辆的更新换代越来越快，人们对轨道交通车辆的综合要求也逐渐提高。轨道交通运营商对轨道交通车辆提出了更高的要求：更低的能耗水平、更快的运行速度、更高的运载能力、更强的防护能力、更长的寿命周期、便捷的维护保养等，而用户对轨道交通车辆的要求则主要是环保性、舒适性、便利性。目前金属材料制造的传统结构列车在不断提高速度的同时，加大了振动、冲击、阻力、噪声问题的解决难度；并且在应对诸如高原、沙漠、高温、高寒及高海拔等复杂多变的服役环境时，传统结构材料越来越无法满足用户对列车耐热耐腐蚀、抗疲劳等综合性能的要求。碳纤维复合材料可应用于磁浮列车、高速动车组、城轨地铁、城际车辆、铁路货车、轨道承载梁等轨道交通领域的大部分主要、次要承载结构，以及内饰件等非承载结构，以解决列车轻量化问题，提升列车综合性能。轨道交通列车的减重，对于路轨的建设成本，也会有大幅度减少。碳纤维作为一种性能优异的替代性材料，在国内外列车的不同部位有着不同程度地应用尝试，包括瑞士辛德勒客车用碳纤维缠绕方法制成轻型车体，车辆减重10%，运行试验速度约140km/h，韩国TTX列车采用碳纤维夹芯材质构造，较铝合金车身减重39%，车体运行速度为180km/h。碳纤维复合材料的应用已逐步由车体内饰、车内设备等非承载结构零件向车体、构架等承载构件发展，从裙板、导流罩等部件向顶盖、司机室、整车车体等大型结构发展。全球多个国家均在轨道交通装备上探索应用碳纤维复合材料，轨道交通工具正经历着从钢铁时代、铝材时代到碳材时代的跨越。中国轨道交通车辆的设计、制造和使用量已远远超过其他先进制造大国，积累了丰富的实践经验。近年来，我国轨道交通事业的高速发展推动了轨道交通领域碳纤维复合材料的应用与发展，具体分为铁路交通及城市轨道交通两大板块。现阶段，我国铁路交通行业发展迅速，特别是高铁建设已走在世界前列，高铁建设能促进沿线城市焕发新活力，对中国工业化和城镇化的发展起到重要的促进作用。截至2021年底，我国铁路运营里程达到15．00万公里，其中高铁4．00万公里，居世界第一；全国铁路客车约78，000辆，其中动车组4，153标准组、33，221辆。目前，铁路列车部件大多为采用铝合金材料，存在应力腐蚀、外表处理困难、焊接要求高、疲劳强度低等问题，如何实现列车的进一步轻量化，降低轴重、平抑速度等不利因素，协调轻量化与各种性能指标如强度、振动、噪声、隔热、辐射的需求，寻找列车技术性能平衡，成为下一阶段待解决的核心问题。碳纤维复合材料具有轻量化、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等性能优势，可以突破传统金属材料的技术局限，提供高效可靠、节能环保的解决方案。根据《城市轨道交通发展战略与十四五发展思路》，截至2020年底，全国城市轨道交通通车长度达到7，969．70公里，国家已经批复的规划里程（在建或待建）超过7，000．00公里，预计十四五期间新增城市轨道交通运营里程3，000．00公里。快速增长的城轨建设伴随着车辆购置需求的释放，根据交通运输部统计公报，截至2021年底，我国城市轨道交通配属车辆达到5．73万辆，同比增长15．99%。目前，在国内轨道交通领域，碳纤维复合材料已逐步应用于非承载结构的列车内饰件，碳纤维复材应用于承载结构的次结构件、主结构件等用途的产品仍处于快速发展阶段，例如碳纤维转向架、司机室、车体等大型结构件已逐步完成了设计、检验、上线试跑等环节，步入批量化应用阶段。整体来看，在国家碳达峰碳中和战略目标背景下，轨道交通装备仍将持续向轻量化、绿色、安全和高效方向发展，目前除CRH1型高铁使用不锈钢车身外，其他型号的高铁都已经采用高强度铝合金材质，目的就是减重。即便如此，高铁车身自重依然超过10吨，在车辆运行过程中，动车组的能耗仍较大，在轨道列车中应用碳纤维将通过减轻自重从而大大减少能耗。基于我国轨道交通事业的高速发展，以及列车不断增长的轻量化需求，碳纤维复合材料将逐步广泛应用于车体、司机室、转向架等承载结构件中，碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用将与日俱增。2、碳纤维医疗健康领域应用分析碳纤维复合材作为各向异性材料，给产品设计带来较大的自由度，而医疗设备部件往往作用于不同的人体部位，需满足不同部件的具体性能要求。碳纤维复合材料在医疗器械应用多样，新的用途仍在不断开拓。目前，CT床板、X射线检查等设备及辅助设备是碳纤维复合材料应用最为广泛的碳纤维医用案例，较有代表性的有X光、CT等检查床面板、诊断床用头托、高清DR平板探测仪用面板，以及支架等。随着医疗技术的发展，放射性诊断及治疗设备已逐渐向放射剂量小及成像分析数字化方向靠拢。在放射性医疗设备及辅助器械上，通常要求相关配件对X射线透过性能好，从而在不影响使用效果的同时尽可能地降低放射性物质对患者以及医护人员的危害。此外，医疗器械配件的强度以及耐用性还要满足设备使用的高频度特点，在质量、精度和安全方面都需符合高标准医用设备的参数要求。碳纤维复合材料具有高强度、低密度、极低的X射线吸收率等特点，在医疗放射设备领域，应用碳纤维复合材料的床板，其X射线透过性能、成像清晰度、强度和刚性均明显优于聚碳酸酯、酚醛树脂板等床板，对提高设备整体性能起到了重要作用，同时可减少对患者及医护人员的危害。从人均保有量的维度，2020年，中国每百万人CT保有量约为18．38台，仅约美国每百万人CT保有量的三分之一，具有较大的成长空间。未来，随着中国人口老龄化程度加深对于医疗检查需求的提升、分级诊疗政策下基层医疗设施投资建设力度加大以及鼓励社会办医环境下民营医院数量的快速提升，CT等医疗影像设备将会迎来较大的发展机会，从而为碳纤维复合材料及制品创造不断增长的市场空间。3、碳纤维体育健康领域应用分析由于具有高比强度、高比模量等优异的力学性能，碳纤维材料自20世纪70年代商品化以来，便被应用于钓鱼