碳纤维前端模块产业市场前瞻

碳纤维前端模块产业市场前瞻

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。需求量上涨带动碳纤维行业发展近年来，中国碳纤维需求量一直维持稳步上升趋势，企业和投资机构也纷纷看好碳纤维行业的发展前景，各路资本的大量涌入，为碳纤维行业带来了刺激效应。同时，碳纤维行业应用领域广阔，受益于下游风电叶片、航空行业、汽车制造等市场的发展，预计碳纤维需求快速提升。目前我国碳纤维行业正处于爆发增长期，未来碳纤维需求市场增速保持在17%左右，随着碳纤维随着诸多资本进入碳纤维行业，碳纤维技术不断得到突破，需求领域将进一步拓展。碳纤维行业发展情况广义的碳纤维行业包含碳纤维原材料、碳纤维复合材料以及碳纤维复合材料制品等细分领域，碳纤维产业链则包含从天然能源到终端应用的完整制造过程。行业产业链中下游的碳纤维复合材料应用环节，直接上游为碳纤维原材料及树脂材料，下游应用领域包括交通装备及其他工业、医疗健康、体育健康、民用航空及建筑加固等领域。复合材料一般由基体和增强材料两部分组成。基体材料主要起支撑和保护增强材料的作用；增强材料作为复合材料的主要承力组分，是复合材料强度和刚度的主要来源，增强材料多为纤维材料。按基体材料的类别可分为无机非金属基复合材料、金属基复合材料和树脂基复合材料，按增强纤维类别可分为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等复合材料。高性能纤维主要用作增强体来制造轻质高强的高性能复合材料，在提高材料效率和节能减排上体现出巨大经济效益。根据《中国新材料产业发展报告（2020）》，碳纤维复合材料是目前用得最多也是最重要的一种高性能纤维复合材料，随着碳纤维生产工艺技术持续提升，碳纤维产业日趋成熟，在今后较长的时间内，其主导地位仍不可能被替代。与传统结构材料相比，碳纤维复合材料具有耐腐蚀、抗疲劳、耐高温、膨胀系数小、可设计性强、易于大面积整体成型加工等优点。因而，碳纤维增强的树脂基复合材料是当代先进复合材料发展主流。树脂材料在复合材料中作用是将碳纤维粘结，固定纤维位置并提升复合材料层间剪切性能，同时传递纤维应力并保护纤维避免磨损和腐蚀。树脂的性能会直接影响碳纤维复合材料的结构强度与刚度、使用温度、断裂韧性和耐湿热老化等制品使用性能；另一方面，应用需求的升级，对树脂材料也提出了更高的阻燃、低温快速固化等新要求，将进一步推动树脂功能化改性与技术创新，对碳纤维复合材料的应用与发展起着重要作用。碳纤维下游需求占比从碳纤维下游需求量来看，2021年我国对碳纤维需求占比较高的领域是风电叶片与体育休闲，需求量占比分别是36%、28%，在航空航天领域占比仅为3%。未来随着我国碳纤维技术的提升以及航空航天的发展，碳纤维需求量将会进一步扩大。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。进入碳纤维行业的主要壁垒（一）碳纤维行业技术壁垒碳纤维复合材料行业具有较高的技术壁垒。首先，复合材料产品制造是以设计为主导，材料为基础，综合成型制造、工艺检测、结构分析、实验验证等多学科知识的系统工程，具有跨专业、多技术融合的特点。其次，碳纤维复合材料用途广泛，但客户定制化程度高，需要依据丰富的专业经验在可实践前提下及时响应客户需求。此外，在碳纤维复合材料及制品的应用中，行业内企业经过长时间的积累形成了各自的复合材料数据库及仿真应用平台，打造自身的研发体系和生产体系，构建了独特的竞争优势和准入门槛，因此形成了较高的技术与经验壁垒。（二）碳纤维行业人才壁垒由于碳纤维复合材料产品一般具有产品、工艺多样化、单件加工、关键环节较多等特点，在生产制造过程中需要一批技术经验丰富、工艺操作娴熟的生产型人才。同时，复合材料生产与应用融合了材料学、机械制造、软件分析等学科知识，培育具备多领域专业知识、深度掌握核心技术的复合型人才也需要较长时间的积累。稳定、高质量的研发力量能够有效保障企业日常研发工作有序开展、研发计划如期执行、研发成果满足要求。此外，采购、销售团队的专业素质、市场洞察力、与客户及供应商日常协调维护需较长时间的沉淀积累。行业新进入者较难在短时间内获得并积累一批具备丰富制造技术经验、拥有各类专业素养的优秀人才，从而形成了较高的人才壁垒。（三）碳纤维行业客户资源壁垒碳纤维复合材料下游客户包含轨道交通、民用航空、高端医疗影像等高精尖装备及高端体育健康器械客户，对产品性能、稳定性等方面要求较高，且具有定制化的需求，较为看中复合材料企业的技术开发能力、产品质量管理水平、经验积累情况等。多数碳纤维预浸料、制品的应用领域下游客户均对供应商实行严格的认证机制，且验证期耗时较长，通常从技术开发到量产耗时数月甚至数年时间。目前，优质的国内碳纤维复合材料及制品生产商较少，碳纤维产品下游应用客户与生产企业间建立了长期合作关系，合作粘性较强，碳纤维复合材料及制品生产企业一旦进入客户的供应商体系后稳定性较好