高性能碳纤维复合材料行业分析报告.docx
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高性能碳纤维复合材料行业分析报告
2020年高性能碳纤维复合材料行业分析报告
2020年6月
一、行业管理及行业政策
1、行业主管部门及监管体制
高性能碳纤维复合材料研发和制造业务目前主要从事碳纤维、芳纶纤维、石英纤维等特种纤维织造技术的开发及应用,属非金属矿物制品业,其行业主管部门主要为国家发改委;产品用于航空航天领域,属于军工行业,因此主管部门亦为相关主管单位。
鉴于行业的特殊性,相关单位对行业内企业的监管采用的是严格的行政许可制度,主要体现在科研生产的准入许可及军品出口管理等方面。
该行业自律组织为中国复合材料工业协会,协会受政府委托,协助政府制定行业发展战略规划,产业政策,法规政策,行业标准规范,并组织实施推进;在政府和企业间发挥桥梁和纽带作用;组织推广复合材料新工艺、新技术、新材料、新装备;导入现代企业管理理论和实践,努力扩大复合材料消费市场,拓展行业发展空间等。
2、行业法律法规及政策
碳纤维具有出色的力学性能和化学稳定性,密度低、强度高,是目前已大量生产的高性能纤维中具有最高比强度和最高比模量的纤维,而由其进一步加工制成的碳纤维复合材料,因其质轻、高强度、高模量、耐高低温和耐腐蚀等优异物理性能,已经成为了发展国防军工与国民经济的重要战略物资,广泛应用于军工、航空航天、体育用品、汽车工业等领域。
国家多方面出台政策鼓励其发展,其主要法律法规和政策如下:
二、行业发展现状和发展趋势
碳纤维复合材料是以碳纤维或碳纤维织物为增强体,以树脂、碳质、金属、陶瓷、水泥、橡胶等为基体所形成的复合材料,具备质轻、高强度、高模量、耐高低温和耐腐蚀等优异物理性能。
按照基体材料不同,碳纤维复合材料主要分为碳纤维增强树脂基复合材料、碳碳复合材料、碳纤维增强金属基复合材料等,主要用途如下:
1、行业发展现状
20世纪中叶,碳纤维复合材料的研究开始在世界范围内大规模开展,其以结构轻量化中独特的材料性能,首先在军用航空航天领域得到普遍应用。
进入21世纪,碳纤维生产工艺技术已经成熟,碳纤维复合材料被广泛应用于汽车、风能发电、压力容器、海洋产业、电子器件、工业器材和土木建筑等工业领域,以及高尔夫球杆、钓鱼竿、自行车、网球拍、羽毛球拍等体育休闲用品领域。
由于碳纤维很少直接应用,大多是经过深加工制成碳纤维复合材料使用,因而碳纤维市场需求量变化及需求结构可以直接反映碳纤维复合材料应用情况。
2010-2019年全球碳纤维市场需求预测如下图:
分行业来看,2017年,全球需求量最大的领域是风电叶片,约为1.98万吨,占比达到23.52%。
风力发电是世界可再生能源增长最快的领域,风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场,特别是制造超大型风电机组所需叶片(2.5MW风电机组叶片长度达到40m,5MW的风电机组的叶片长度在60m以上),必须使用轻而强、刚而硬的高性能碳纤维复合材料,保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。
其次是航空航天,需求量为1.92万吨,比重22.80%。
碳纤维在航空航天领域最早用于制造人造卫星的天线和卫星支架,主要利用其重量轻、刚性好的特征。
随后碳纤维因其耐热耐疲劳的特性在固体火箭发动机壳体和喷管上也得到了广泛应用。
目前来看,民用客机是拉动碳纤维需求增长的主要力量。
体育休闲需求量排在第三,所占比重达到15.68%。
碳纤维在体育休闲市场中,主要使用在高尔夫球杆、曲棍球棍、网球拍、钓鱼竿、自行车架、滑雪板、赛艇等高端休闲体育市场。
从全球碳纤维总价值来看,2017年,航空航天(含国防)的价值约为11.5亿美元,占比达49.1%,体现了航空天领域碳纤维应用的高附加值属性;休闲体育、风电叶片紧随之后,价值比重均在10%以上。
截至目前,我国碳纤维生产技术和装备水平整体落后于国外,使得我国的碳纤维产品应用领域主要以体育休闲为主,技术和产品上还处在快速发展的阶段。
2017年,我国碳纤维需求达2.35万吨,同比增长达20.06%,整体上延续了近期年碳纤维需求快速增长趋势,其中0.74万吨由国产碳纤维企业生产商提供,进口碳纤维总量达1.61万吨,显著高于国产量,进口替代空间较大。
未来随着国内碳纤维需求的不断增长,预计2020年我国碳纤维总需求将达3.30万吨,复合增长率超过11%。
分行业来看,由于我国碳纤维性能和技术还处于起步阶段,目前碳纤维应用市场主要集中于体育休闲等低附加值领域。
2017年,体育休闲需求量约为1.20万吨(含中国台湾),总计达51.10%。
而在航空航天、风电叶片、汽车等高附加值领域的结构占比要远低于全球相应部分碳纤维使用占比。
未来我国在航空航天、风电叶片、汽车等行业碳纤维需求市场空间广阔。
2017年中国碳纤维需求量分行业情况如下图所示:
2、行业发展趋势
(1)行业门槛逐渐提升,产业集中度有望提高
我国碳纤维产业近些年在国家政策的引导下发展迅速,目前我国的碳纤维企业超过30家,但同质化发展的情况居多。
由于众多中小企业碳纤维企业技术实力较弱,我国碳纤维产业产能规模较小、利用率较低、竞争力较弱,这样的现状要求行业整体不断提升技术水平,提高行业参与者的综合实力和行业集中度,从而提升我国碳纤维产业的制造水平。
(2)行业竞争激烈,技术不断提升
我国碳纤维产业的技术水平还处于起步阶段,缺乏具有自主知识产权的核心生产技术,工艺技术的多元化体系建设尚不完善,原丝生产的技术路线单一,生产工艺稳定性较差,生产过程能耗、物耗偏高。
在国家政策以及市场需求的引导之下,国产碳纤维产业创新团队力量开始逐步提升,原创能力也在逐渐提高,这将带来国产碳纤维产品性能稳定性、可靠性的进一步提高。
(3)应用市场牵引,上下游联系日渐增强
我国的碳纤维应用发展与碳纤维制备技术发展相互独立,碳纤维上下游产业发展较为脱节,应用市场对高端碳纤维的需求较为依赖进口。
随着国内碳纤维产业的持续发展,我国碳纤维企业的产能以及产品品质都将较大提升,这将增强我国国内碳纤维产业的上下游联系,使得下游应用市场对上游碳纤维厂商的牵引力增强。
综上所述,我国碳纤维复合材料行业目前处于高速成长的阶段,这给高端碳纤维企业带来较大的机遇。
而公司作为碳纤维预制件行业的领先企业,在技术储备、经营规模等各方面均具有较强的优势,这将使得公司在宏观行业的发展中迎来较好的发展机遇。
三、行业市场供求状况和主要应用领域
碳纤维预制件是碳/碳复合材料最基本的结构增强材料,是由碳纤维的长纤维或短切纤维,通过纺织、编织或其他方法等制成的具有特定外形的纺织品、编织品的织物类碳纤维预成形体的总称,是复合材料的关键增强骨架。
碳纤维预制件经CVD工艺复合制成的碳/碳复合材料具有质轻、比强度和比弹性模量高、热膨胀系数小、抗热冲击性好、耐烧蚀性好和耐摩擦磨损等优异的物理性能,被广泛应用在固体火箭发动机喷管及头锥、飞机刹车盘、航天飞行器结构部件、热工装备热场部件等方面。
碳/碳复合材料的主要生产流程如下:
特种纤维布(类)主要包括碳纤维布、芳纶纤维布、碳纤维预浸布等。
碳纤维布指的是由碳纤维制成的织物,主要用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固,该材料与配套胶粘剂共同使用,可构成完整的性能卓越的碳纤维布材增强体系。
按照碳纤维布中纱线的取向,碳纤维布可分为单向布、双向布(分平纹、斜纹和缎纹)和多轴向织物。
按碳纤维原丝不同,碳纤维布可以分为PAN基碳纤维布(聚丙烯腈基碳纤维布)、黏胶基碳纤维布、沥青基碳纤维布。
其中以PAN基碳纤维布为主,其市场占有率高达90%。
按碳纤维规格不同,碳纤维布可以分为1K碳纤维布、3K碳纤维布、6K碳纤维布、12K碳纤维布、24K及以上大丝束碳纤维布。
碳纤维布以其高抗拉强度、高弹模、厚度小、重量轻,适用于酸、碱、
化学腐蚀等各种恶劣环境等特点,主要用于建筑、桥梁、隧道的补强、修理和加固。
碳纤维预浸布是碳纤维布与树脂复合后的产品,是碳纤维布技术与工艺后续的延伸,大大的拓宽了碳纤维布的应用领域,广泛的用于体育娱乐器材、汽车、轨道交通、机械零件、机电产品、风力发电叶片等方面。
1、行业供求状况
飞机碳刹车盘是飞机重要(A类)的消耗性部件,由于我国多样的地理环境和特殊的机场条件,平均使用1年左右就需要更换。
飞机碳刹车预制件是生产飞机碳刹车盘的关键增强材料,更换新的飞机碳刹车盘就意味着需要使用新的飞机碳刹车预制件,一个飞机碳刹车盘对应一件飞机碳刹车预制件,因此飞机碳刹车预制件受益于目前国内蓬勃发展的航空运输市场,将获得有相当可观的市场。
我国碳纤维布的消费量日俱增,市场需求旺盛,碳纤维布用在航空航天领域,一般是特制低K数碳纤维布,平纹布为主,其特点是编制精细、强度高,一般和特制树脂配合使用;碳纤维布应用在体育娱乐器材领域如钓具、鱼竿、高尔夫球杆,一般是把碳纤维布做成各种各样的预浸布,然后使用;碳纤维布应用在工业领域,如箱包、制鞋、汽车配件、摩托车配件,也是把碳纤维布做成各种预浸布,以编织布配合环氧树脂为主,其中土木建筑加固用的单向碳纤维布和配套环氧树脂使用。
2、主要应用领域情况
(1)航空航天
根据中国化学纤维协会的预测,从2015年到2020年,全球碳纤维总需求年均增长率约12%,其中航空航天级碳纤维需求年均增长率为15%。
国内经过了前几年的技术攻关、产能铺垫和下游产品研发准备期,自2016年开始,迎来了高速增长。
航空产业是代表一个国家高技术标志性产业。
随着我国人均GDP的不断提高,航空运输业的增长速度越来越快,2019年民航旅客周转量达到11,705.10亿人公里,同比增长9.3%,民航客运量6.60亿人次,比上年增长7.8%,民航增速明显高于铁路和公路客运,但是目前中国人均年乘机次数仍远低于发达国家水平,中国航空运输市场发展潜力较大。
航天是当今世界最具挑战性和广泛带动性的高科技领域之一,航天产业已成为国家的战略性高技术产业。
发展航天事业是增强我国经济实力、科技实力、国防实力和民族凝聚力的重要举措。
我国政府高度重视航天产业发展,“十三五”期间将会进一步加大政府支持力度,促进航天产业快速发展。
航天技术是现代科学技术的结晶,是基础科学和技术科学的集成,航天技术体现一个国家综合国力和科技水平。
碳/碳复合材料在运载火箭和卫星等飞行器上发挥着不可替代的作用,其应用水平和规模关系到武器装备的跨越式提升和型号研制的成败,碳/碳复合材料的发展推动了航天整体技术的发展。
(2)体育休闲
由于其出色的物理性能,碳纤维布已经在体育休闲器械领域得到了愈发广泛的应用,因而随着我国体育休闲的持续发展,碳纤维布也将会持续受益。
中国是世界体育大国,其中孕育着较大经济潜能,国家在体育产业发展“十三五”规划中明确提出了3万亿的目标以及“打造一批具有自主知识产权的体育用品知名品牌”。
2018年,体育休闲的碳纤维需求量已达到14,300吨。
目前,相对于其他材料,碳纤维复合材料的成本仍然较高,在体育休闲领域的运用主要集中在高端器材领域。
2018年,体育领域碳纤维需求前三的运动项目高尔夫、钓鱼与自行车。
随着碳纤维生产技术的逐步成熟和居民购买能力的不断上升,碳纤维材料在体育休闲领域的应用将越来越广泛。
(3)风能发电
碳纤维复合材料在风能发电领域中的应用主要集中在制造风电叶片。
近年来,低风速风场和海上风电共同推进了叶片的大型化发展,进一步推动碳纤维在风电领域持续高速增长。
根据彭博新能源财经数据,2019年全球新增陆上及海上风电装机容量分别为54.2GW及6.1GW,其中中国继续领跑全球风电市场,2019年中国市场新增装机总容量为25.7GW(包含23.8GW的陆上及2.0GW的海上风电装机),全球市场占比42.6%。
随着行业的技术进步,风电机组的利用效率提升,部分低风速风电场的开发价值逐渐显现,中东部和南方地区风电投资需求不断增加。
而西北地区由于地处高原,加上地表起伏较小,风能资源相对丰富,是我国风能资源较丰富的区域,未来发展空间仍
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