碳纤维国产化率提升明显，航空航天领域应用回暖.
碳纤维（CF）是由聚丙烯腈（PAN）（或沥青、粘胶）等有机纤维在高温环 境下裂解碳化形成含碳量高于 90%碳主链结构无机纤维。碳纤维具备出色 力学性能和化学稳定性，密度比铝低、强度比钢高，是目前已大量生产高性 能纤维中具有最高比强度和最高比模量纤维，具有质轻、高强度、高模量、 导电、导热、耐腐蚀、耐疲劳、耐高温、膨胀系数小等一系列其他材料所不 可替代优良性能。碳纤维在航空航天、风电叶片、体育休闲、压力容器、碳 /碳复合材料、交通建设等领域广泛应用，是国民经济发展不可或缺重要战 略物资。
碳纤维可以按照原丝种类、力学性能、丝束规格、原丝制备工艺等不同维度 进行分类。1）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，PAN 基碳纤维由于生产工艺相对简单，产品力学性 能优异，用途广泛，自 20 世纪 60 年代问世以来，迅速占据主流地位，占碳 纤维总量 90%以上；沥青基、粘胶基产量规模较小。因此，目前碳纤维一般指 PAN 基碳纤维。2）碳纤维因其优异力学性能作为增强材料而广泛应用， 因此业内主要采用力学性能进行分类。业内产品分类主要参考日本东丽牌号， 并以此为基础确定自身产品牌号及级别，按照现行聚丙烯腈基碳纤维国家标 准 GB/T26752-2020 力学性能分类，PAN 碳纤维分为高强型、高强中模型、 高模型、高强高模型四类。3）PAN 基碳纤维原丝是生产高品质碳纤维技术 关键，原丝品质缺陷，如表面孔洞、沉积、刮伤以及单丝间黏结等，在后续 加工中很难消除，从而造成碳纤维力学性能下降。PAN 基碳纤维原丝生产过 程为将丙烯腈单体聚合制成纺丝原液，然后纺丝成型。按照纺丝溶剂选择， 聚合工艺连续性，纺丝采用工艺方法等，原丝制备可以分为不同工艺类型： 按照纺丝溶剂区分，包括 DMSO（二甲基亚砜）、DMAc（N,N-二甲基乙酰 胺）、NaSCN（硫氰酸钠）等不同溶剂类别；按照聚合工艺连续性，可以分 为一步法、两步法；按照纺丝工艺，可以分为湿法和干喷湿纺法。其中，纺 丝工艺选择及控制为稳定生产高性能原丝关键因素。
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 比值命名，例如，12K 指单束碳纤维中含 有 12,000 根单丝碳纤维。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，一般用于航天军工 等高科技领域，以及体育用品中产品附加值较高产品类别，主要下游产品包 括飞机、导弹、火箭、卫星和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等。一般认为 40K 以上型号为大丝束，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，因此往往运用于基础工业领域，包括土木建筑、交通运输 和能源等。随着目前碳纤维制作工艺提升及产品价格下降，小丝束在工业领 域运用已逐步拓宽。
碳纤维复合材料和碳纤维预浸料是碳纤维产业重要产品。碳纤维复合材料 是以碳纤维作为增强材料，与合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳或铝、镁、 铜、钛等基体材料通过物理或化学方法，在宏观上组成具有新性能材料，由 于各种材料在性能上互相取长补短，因而复合材料综合性能优于原组成材料， 目前碳纤维复合材料以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合 材料市场份额 90%以上。预浸料是原材料和最终复合材料制品之间一种中 间产品，它制造方法主要是将连续整齐平行增强纤维牵引，通过与树脂基体 充分浸润收卷成卷材。预浸料是热压罐、模压、袋压、卷制等工艺中极其重 要中间材料。
碳纤维行业起步于上世纪 70 年代，目前已进入快速成长阶段。1971 年，以 日本东丽公司生产 PAN 基碳纤维 ToraycaT300（1 吨/月）为标志事件，人类 开始了 PAN 基碳纤维工业规模生产。随后几年，日本与美国相继开发了鱼 竿、高尔夫球杆等 PAN 基碳纤维最初应用市场。1975 年，东丽碳纤维产品 成功应用在波音 B737 次承力部件，并随后配套波音 B757 与 B767 次承力 部件，开启了 PAN 基碳纤维在航空航天军工应用。上世纪 80 年代中期至 90 年代初，碳纤维在网球拍、卫星、火箭、波音 B777、空客 A320 等市场不断 得到开拓。1990 到 1995 年间，民用航空市场进入了萧条期，飞机出货量逐 年降低，严重依靠航空航天军工市场碳纤维市场也受到较大影响；1995 年 到 2002 年间，民用航空市场复苏，碳纤维进入工业应用如压力容器等市场， 需求稳定发展。2003 年，波音公司开启了复材飞机 B787 计划；2005 年，空 客开启了复材飞机 A320 计划;两款飞机碳纤维复材均超过结构总质量 50%， 至此开启了航空新时代。2007 年，ZOLTEK 宣布与世界最大风电设备供应商 VESTAS 达成协议，在 5 年内提供 3 亿美元碳纤维，碳纤维市场进入快 速成长阶段。 航空航天为碳纤维复合材料重要应用领域。高性能碳纤维及高韧性树脂复合 材料出现，使复合材料在飞机结构上应用已由原先次承力结构发展到机翼、 机身等主承力结构。复合材料在民机（以波音 787 和空客 A380 大型客机为 例）主结构上应用情况在选材上采用了由 T800 或相当于 T800 高强中模碳 纤维与高温固化高韧性环氧树脂复合高韧性复合材料，以满足复合材料主结 构设计损伤容限要求。美国军机主结构在选材上采用了由 IM7 高强中模碳 纤维与高温固化高韧性环氧树脂复合高韧性复合材料，以满足复合材料主结 构设计损伤容限要求。
民机市场需求复苏，军机需求持续增长。据《2023 全球碳纤维复合材料市 场报告》，2020 年受疫情影响全球航空客运量同比下滑 63%，波音、空客等 大幅减少了商用飞机产能，并进入缓慢复苏阶段。根据 Cirium 数据库数据 显示，2023 年空客与波音分别交付了 721 架与 504 架，对比 2022 年，空客 提升了 66 架，波音提升了 54 架。对于复材飞机，根据波音公司网站信息： 2023 年交付 73 架波音 787，比 2022 年 31 架有显著增长，已经超过 2020 年 53 架交付量，但距离疫情前百架以上交付水平还有差距；另据空客网站信 息：2023 年交付 64 架 A350 飞机，对比 2022 年 60 架有一定增长。这些数 据表面，商用航空在继续回暖，2023 年加速回暖，但依然未回到 2019 年水 平。无人机、军机等受疫情影响不大，依然保持较高速稳定增长。
碳纤维是超大型风电叶片必然选择。早期风力发电机组功率容量很小，材料 大多采用木质，随着大、中型风力发电机发展，木质叶片强度不高、潮湿环 境易腐蚀等缺点显露，金属叶片因其加工成型较为简单、价格低廉，开始大 范围用于风电叶片，但是金属材料也存在腐蚀问题，这对叶片保养和后期维 护提出了挑战。而具有优异力学性能和耐环境侵蚀性能复合材料，成为当今 大型风力发电机叶片首选材料。风电领域应用复合材料初期，增强体一般选 用价格较为低廉玻璃纤维，基体则主要使用不饱和聚酯树脂；当叶片长度增 加时，质量增加要快于能量提取，因为质量增加和风叶长度立方成正比，而 风机产生电能和风叶长度平方成正比，随着叶片长度增加，对增强材料强度 和刚度等性能提出了新要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐显现 出性能方面不足。因此，轻质高强碳纤维是超大型叶片增强材料必然选择。
风电用碳纤维多选择大丝束牌号。碳纤维在风电叶片中主要应用部位为主梁， 与同级别高模玻纤主梁叶片相比，采用碳纤主梁设计叶片可实现减重 20%～ 30%。以 122m 长叶片为例，叶片重量减轻可以大幅降低因自重传递到主机 上载荷，进而可以减少轮毂、机舱、塔架和桩基等结构部件 15%～20%重量， 有效降低风机 10%以上整体成本。当前叶片上应用碳纤维多选择 48～50Ｋ 大丝束，风电叶片使用碳纤维拉伸强度为 4000～4500ＭPa，其拉伸强度介 于东丽T300级碳纤维与 T700 级碳纤维之间，拉伸模量范围是 230～240Pa。
风电需求有所回落，航空航天重回碳纤维第一大需求市场。据《2023 全球 碳纤维复合材料市场报告》，2023 年碳纤维应用市场格局发生较大变化，前 三大应用领域分别为航空航天军工、体育休闲、风电叶片，其中风电市场需 求较前几年出现明显下滑，航空航天军工市场迅速回暖，再次回到龙头应用， 航空航天军工领域按价值量和数量占比分别达到 49.9%、19.1%。
全球碳纤维供应商普遍加大产能投入。据《2023 年全球碳纤维复合材料市 场报告》，2023 年全世界碳纤维主要增加产能为：中复神鹰增长 14,000 吨， 吉林化纤集团增长 7,000 吨，韩国晓星公司增长 5,500 吨，土耳其 DowAksa 增加了 2,400 吨，中简科技增长了 1,500 吨,长盛科技增长了 800 吨。全球十 强厂家中，包含了吉林化纤集团、中复神鹰、新创碳谷、宝旌四家中国大陆 企业。2023 年已经宣布并在进行中扩产有：东丽欧洲计划投资 1.2 亿欧元， 法国工厂年产量将从 5,000 吨增至 6,000 吨，东丽美国投资 1,500 万美元升 级生产线，实现 T1100G 产能翻番（2024 年初已经完成），扩建其位于加利 福尼亚州 MorganHill 工厂，东丽韩国扩建 3,300 吨产能第三条生产线，把年 生产能力提高到 8,000 吨/年，到 2025 年，东丽集团至少增加 7,500 吨/年小 丝束产能。吉林 15,000 吨高性能碳纤维，宝旌 30,000 吨(2025 前完成)，中 复神鹰 30,000 吨（2026 年完成）,上海石化 6,000 吨（2024 年完成）,韩国晓 星在中国 9,600 吨及越南 21,600 吨扩产计划等。
国内产能明显提升，2023 年据全球首位。据《2023 年全球碳纤维复合材料 市场报告》，2023 年全球碳纤维运行产能 290230 吨，同比增长 12.3%。经过 20 年发展，国产碳纤维已形成了全系列化产品并在国际上具备一定竞争力， 国产碳纤维行业产能快速扩张，2023 年我国碳纤维运行产能为 140830 吨， 全球占比达到 47.7%，位居全球第一；同比增长 25.7%，增速高于全球增速。
受国内产能快速释放影响，碳纤维国产化率大幅提升。2019-2023 年我国碳 纤维产能在全球占比从 17.3%提升至 47.7%，份额排名由美日之后第三名提 升至全球第一。受国内产能快速释放影响，2023 年我国碳纤维进口量为 16075 吨，占总需求 23.3%，同比减少 45.4%；国产纤维供应量为 53000 吨， 占总需求 76.7%，同比增长 17.8%，国产碳纤维在国内市场占有率创历史新高，达到 76.7%。
碳纤维供需环节形成错配，低成本应用领域最为严重。据《2023 年全球碳 纤维复合材料市场报告》，2023 年全球碳纤维需求量在持续多年增长后首次 出现负增长，全球需求量为 11.5 万吨，同比下降 14.8%。2023 年我国需求 量约 6.9 万吨，同比下降 7.2%。从供给端而言，2023 年全球碳纤维理论产 能为 29 万吨，较 2022 年同期提升 11.3%；2023 年我国碳纤维理论产能 138 万吨，同比增长 23.5%。综合而言，全球碳纤维市场近年长期处于供过于求 状态，且供求错配愈发明显。分领域看，2023 年我国航空航天领域碳纤维总 产能约 8715 吨、需求约 7791 吨，基本实现供需平衡；高性能工业领域碳纤 维总产能约 35689 吨、需求约 18179 吨，产能为需求近一倍；低成本应用领 域总产能约 93926 吨，为需求近三倍，供需错配最为严重。
