碳材料是自人類誕生以來最早使用的元素之一，從出現(xiàn)伴隨著人類歷史文明。19世紀(jì)末，愛迪生使用竹、亞麻和棉紗首先制得碳纖維，其作為新型碳材料發(fā)展至今已經(jīng)有著超過150年歷史，一直以來，碳纖維憑借優(yōu)異的性能而被稱譽為“黑色黃金”。

碳纖維是以用腈綸和粘膠纖維為原料，經(jīng)高溫氧化碳化而成，含碳量達(dá)到90%以上的一種力學(xué)性能極其優(yōu)異的新材料。它的直徑一般為5-7μm，大約是成年人頭發(fā)的十分之一，但強度卻是鋼的20倍，且耐高溫居所有化纖之首，是目前制造航天航空等高技術(shù)器材的最佳材料。

碳纖維制取原料眾多，按它的來源主要分為兩大類。一類是人造碳纖維，如粘膠絲，人造棉，木質(zhì)素纖維等；另一類是合成碳纖維，它們是從石油等自然資源中提純出來，再經(jīng)過處理后紡成絲。合成碳纖維根據(jù)纖維碳化程度的不同，其又可分為石墨化碳纖維、碳纖維和預(yù)氧化碳纖維三種類型。根據(jù)力學(xué)性能的不同，可分為通用型碳纖維和高性能型碳纖維，而高能型碳纖維又可根據(jù)抗拉強度和彈性模量的不同分為高強型、高模型、高強中模型等不同類型。此外，根據(jù)規(guī)格的不同，碳纖維可分為小絲束碳纖維（24000根以下）和大絲束（48000根以上）碳纖維。根據(jù)原絲原料種類的不同，碳纖維有聚丙烯腈（PAN）基碳纖維、粘膠基碳纖維、瀝青基碳纖維。其中，聚丙烯腈基碳纖維因制備工藝簡單，成品品質(zhì)和性能優(yōu)良，目前產(chǎn)量占碳纖維總量的90%以上，而瀝青基碳纖維約占8%，剩下粘膠基碳纖維還不足1%。

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈制作工序豐富，較為復(fù)雜。具體為，上游是生產(chǎn)碳纖維專用的材料；中游是碳纖維生產(chǎn)工藝中的設(shè)備提供商；下游是生產(chǎn)碳纖維應(yīng)用部件的產(chǎn)品。從上游原絲到碳纖維整個過程，碳纖維經(jīng)過一系列的聚合、紡絲、預(yù)氧化、低溫碳化、高溫碳化等過程后方可制得。除此之外，碳纖維再經(jīng)過與樹脂、陶瓷等材料結(jié)合，還可進(jìn)一步形成碳纖維復(fù)合材料。

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上游原材料主要是丙烯腈。碳纖維廠商通過對以丙烯腈為主的原材料進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈，再以其紡絲獲得聚丙烯腈原絲。中游為碳纖維生產(chǎn)設(shè)備。這里由專門的設(shè)備廠商提供第三方生產(chǎn)設(shè)備。目前主要原絲設(shè)備制造商有意大利的MAE，日本川崎重工；預(yù)氧化爐有德國的Eisenmann、美國的Despatch和Litzler；炭化爐主要廠商是美國Litzler、德國Eisenmann、美國Harper 和臺灣聚川公司；收絲卷繞技術(shù)為日本Kamitsu 和德國Sahm。下游碳纖維產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。除了風(fēng)力發(fā)電、體育休閑、交通運輸、汽車工業(yè)、能源、化工、建筑等民用領(lǐng)域外，也廣泛應(yīng)用于各個國防工業(yè)領(lǐng)域，是軍用飛機、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、艦船等先進(jìn)武器裝備不可缺少的戰(zhàn)略性材料。

碳纖維的發(fā)展從20世紀(jì)60年代起步，之后經(jīng)過70 -90年代的穩(wěn)定推進(jìn)，直到21世紀(jì)初期生產(chǎn)工藝技術(shù)走向成熟。在行業(yè)發(fā)展初期，碳纖維主要用于軍工和宇航，但經(jīng)過50余年的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步向工業(yè)領(lǐng)域和普通民用領(lǐng)域擴大。

# 現(xiàn)階段，全球碳纖維市場規(guī)模快速增長。

2010-2018年，全球碳纖維產(chǎn)能約由為約8.4萬噸增長至13.5萬噸。從地區(qū)來看，2018年日本生產(chǎn)碳纖維7.6萬噸，占比56%，中國生產(chǎn)碳纖維2.6萬噸，占比20%，美國生產(chǎn)碳纖維1.5萬噸，占比11%，德國生產(chǎn)碳纖維1.3萬噸，占比10%。

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日本是全球最大的碳纖維生產(chǎn)國，其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于領(lǐng)先地位。日本東麗、日本東邦和日本三菱麗陽三家廠商目前擁有全球丙烯腈基碳纖維50%以上的市場份額，尤其日本東麗更是世界上高性能碳纖維研究與生產(chǎn)的“領(lǐng)頭羊”。數(shù)據(jù)顯示，日本企業(yè)在全球小束絲碳纖維市場份額占到約58%，其中日本東麗占比27%、日本東邦占比18%、日本三菱占比13%；日本企業(yè)在全球大束絲碳纖維市場集中度更高，基本被日本東麗控制（注：Zoltek于2013年被東麗收購），日本東麗大束絲碳纖維市場全球占比為49%。

此外，美國是繼日本之后掌握碳纖維生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家之一，同時又是世界上最大的丙烯腈基碳纖維消費國，目前所擁有的碳纖維市場份額占據(jù)全球產(chǎn)能的24%。

2010-2018年，全球碳纖維需求量由4.27萬噸增長至9.26萬噸，預(yù)計到2020年全球碳纖維市場需求將達(dá)到11.2萬噸。

從全球碳纖維應(yīng)用來看，碳纖維主要集中在航空航天，工業(yè)應(yīng)用和體育休閑三大終端應(yīng)用領(lǐng)域。目前全球碳纖維總量超過50%被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，其中，風(fēng)電葉片占比24%，汽車領(lǐng)域占比12%，混配模成型占比11%，壓力容器占比6%，建筑占比4%，船舶占比1%。剩下22%被應(yīng)用于航空航天，不足20%被應(yīng)用于體育休閑。

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我國碳纖維工業(yè)的起步可以追溯到1962年，總體上與日本碳纖維的研發(fā)同步進(jìn)行，但在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和集中度方面卻存在較大差距。2005年，我國碳纖維行業(yè)總共僅有10家企業(yè)，合計產(chǎn)能僅占全球總產(chǎn)能的1%左右；2010年，國內(nèi)碳纖維生產(chǎn)能力僅占世界高性能碳纖維總產(chǎn)量的0.4%左右；2012年，碳纖維“十二五”期間，產(chǎn)能出現(xiàn)快速增長，達(dá)到1.2萬噸。截止2017年，我國碳纖維產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到2.6萬噸。然而，就目前來看，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模仍然較小，國內(nèi)市場供不應(yīng)求，碳纖維需求比較依賴進(jìn)口。

我國對碳纖維需求旺盛。2018年我國市場對碳纖維需求量約為3.1萬噸，約占全球市場碳纖維需求量的1/3。其中國內(nèi)碳纖維市場需求仍主要來源于相對低端的體育休閑領(lǐng)域，占據(jù)總需求量的約48%。風(fēng)電葉片市場增長迅猛，是驅(qū)動目前國內(nèi)碳纖維市場需求快速增長的領(lǐng)域。但較全球水平仍有明顯差距，而航空航天僅占2%，屬于嚴(yán)重偏低，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化。

高性能碳纖維材料在國民經(jīng)濟和國防工業(yè)領(lǐng)域有著重要作用，因此，日本、美國等發(fā)達(dá)國家對我國實行嚴(yán)格的封鎖，限制高端產(chǎn)品、核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)入我國，以制約我國高端制造和國防工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致我國高性能碳纖維供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足下游需求。隨著國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和工藝能力的不斷進(jìn)步，國內(nèi)碳纖維廠商依靠產(chǎn)品性能和質(zhì)量的不斷提升逐步打破外商的壟斷。截止2018年，我國碳纖維需求中進(jìn)口比例已經(jīng)快速下降到61%，顯然，下游市場在對國產(chǎn)高性能碳纖維需求快速釋放。

碳纖維具有極高的戰(zhàn)略價值。自2012年以來，國家陸續(xù)發(fā)布多部有利于碳纖維行業(yè)發(fā)展的相關(guān)重點政策，其中2015年國務(wù)院《中國制造2025重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖》明確了將“高性能纖維及其復(fù)合材料”作為關(guān)鍵戰(zhàn)略材料碳纖維產(chǎn)業(yè)已經(jīng)作為國家重要戰(zhàn)略布局。在國家大力投入和推進(jìn)下，將會吸引越來越多的資金和人才進(jìn)入其中，國內(nèi)碳纖維及其復(fù)合材料的研發(fā)能力將會有明顯提升，碳纖維產(chǎn)業(yè)正蓄力前進(jìn)，未來有望騰飛。

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目前我國大多數(shù)碳纖維企業(yè)所提供產(chǎn)品以中低端碳纖維為主，競爭激烈，毛利率普遍為負(fù)，長期處在虧損狀態(tài)。真正掌握高性能碳纖維核心技術(shù)的國內(nèi)碳纖維企業(yè)較少，僅有7家千噸級碳纖維企業(yè)達(dá)到要求。這7家企業(yè)集中度較高，理論產(chǎn)能已經(jīng)占到了全國的84.8%，他們分別是中復(fù)神鷹、江蘇恒神、精功集團、光威復(fù)材、中安信、蘭州藍(lán)星以及太鋼鋼科，其中中復(fù)神鷹產(chǎn)能最高，達(dá)6000噸。

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