2019全球碳纤维复合材料市场报告.pdf

atacft 第 1 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 2019 全球碳纤维复合材料 市场报告 2019 Global Carbon Fiber Composites Market Report 微信公众号：ATA-ACIH 报告人：林刚 广州赛奥碳纤维技术有限公司 atacft 第 2 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 目录 1. 前言 . 3 2. 全球碳纤维市场 . 8 2.1. 全球碳纤维市场需求-年份 . 8 2.2. 全球碳纤维市场需求-应用（千吨） . 9 2.3. 全球碳纤维市场需求-应用（美元） . 10 2.4. 全球碳纤维市场需求-产品（千吨） . 11 3. 全球碳纤维供应 . 12 3.1.全球碳纤维理论产能-制造商 . 12 3.2.全球碳纤维运行产能-区域 . 13 4. 中国碳纤维市场 . 14 4.1. 中国碳纤维需求-年份 . 14 4.2. 中国碳纤维需求-应用 . 15 4.3. 中国碳纤维需求-省份 . 16 4.4. 中国碳纤维需求-来源 . 17 5. 中国碳纤维产业 . 19 5.1. 中国碳纤维企业理论产能 . 19 5.2. 中国碳纤维产业新发展 . 20 6. 全球碳纤维复合材料市场 . 21 6.1. 全球树脂基碳纤维复合材料需求-年份 . 21 6.2. 全球树脂基碳纤维复合材料需求-应用（千吨） . 21 6.3. 全球树脂基碳纤维复合材料需求-应用(10亿美元） . 22 6.4. 全球树脂基碳纤维复合材料需求-区域(10亿美元） . 23 6.5. 全球树脂基碳纤维复合材料需求-制造工艺 . 24 6.6. 全球碳纤维复合材料需求-不同基体(10亿美元） . 25 6.7. 中国树脂基碳纤维复合材料需求-应用（吨） . 26 6.8. 中国树脂基碳纤维复合材料需求-应用（亿元） . 27 7. 复合材料应用发展趋势与展望 . 28 7.1. 航空航天应用市场 . 28 7.2. 风电叶片应用市场 . 29 7.3. 体育休闲应用市场 . 30 7.4. 汽车应用市场 . 32 7.5. 压力容器应用市场 . 33 7.6. 混配模成型应用市场 . 34 7.7. 建筑应用市场 . 35 7.8. 碳碳复材应用市场 . 36 7.9. 电子电气应用市场 . 37 7.10. 船舶应用市场 . 38 7.11. 电缆芯应用市场 . 39 7.12. 其他应用市场 . 40 8. 观察与思考 . 41 atacft 第 3 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 1. 前言 1.1 世界碳纤维发展简史 1959 年日本大阪工业试验所（Osaka Technical Research Institute）的近藤昭男博士（Dr. Akio Shindo）发明了 PAN 基碳纤维制备技术，全球碳纤维产业整整发展了六十年。 “读史明智，鉴往知来”， 让我们一起来回顾历史。 1960 年代的特点是实验室技术的研发。主要以日本与英国为主导，日本主要有大阪工业试验所、 东海碳素公司（Tokai Electrode Mfg. Co., Ltd.）和日本碳素公司 Nippon Carbon co., Ltd.)（他 们最早从近藤先生处获得专利授权） 、东丽（1961 开始研究，之后继承了东海碳素与日本碳素的近 十年的研究成果， 并在 1970 获得近藤的专利授权） 、 三菱、 东邦等。 英国主要有皇家航空研究所 （RAE） 、 皇家原子能公司(AERA)、考陶尔兹(Courtaulds)，罗尔斯-罗伊斯(Rolls-Royce)等；尽管杜邦公司在 1942 年就推出了腈纶商品，美国人还在与黏胶基较劲，其中美国联碳公司（UCC）公司是代表, 因 此美国的聚丙烯晴（PAN）基碳纤维发展晚于英国与日本。 1970 年代的特点是工程化技术的研发及应用的开拓。工程化能力实现了 150吨/年，期间，英国、 美国、日本技术合作频繁。60 年代末，英国罗尔斯-罗伊斯的太超前的发动机项目 RB-211 遇到重挫 （后期基于这款发动机形成了著名的瑞达系列） ，这其中包含了当时碳纤维唯一的应用机会发动 机风扇叶片。1972 年，美国赫拉克勒斯（Hercules）获得英国皇家航空研究所碳化技术，原丝采用 考陶尔兹。日本东丽、东邦、三菱也纷纷与美国相互转让技术。美国与日本在 1972 年分别用碳纤维 制造了高尔夫球杆与钓鱼竿，风靡世界。同一时代，碳纤维复合材料在航空航天结构上进行工程化应 用的年代，包括军机和民机，并在军机上实现了批量生产，为碳纤维工业婴儿找到了应用乳汁。 1980 年代的特点是工业化，产品系列化及应用重大突破。单线产能达到千吨/年，东丽公司基本 完成了现有绝大部分产品型号，初期的 T300，中期的 T800、T1000，末期的 M60J。1980 年波音公 司提出了商用飞机对碳纤维的要求，1982 开始采用 T300 应用在 B757、B767 及航天飞机上。英国 由于缺乏应用的支撑，已经开始转让技术为生，其中包括对北京化工学院及吉林化学公司的两项技术 转让，同时期，同样的技术也卖给了印度、俄罗斯与巴西。美国由于日本、英国的技术相互转让，诞 生了一个开拓工业碳纤维的厂家，卓尔泰克（ZOLTEK） ，台湾台塑与美国 Hitco公司进行技术合作， 开始了中华民族第一个碳纤维工业化时代。 1990 年代的特点是并购及争抢市场份额。美国航空材料厂赫氏（Hexcel）并购了美国赫拉克勒 斯的碳纤维产业。美国石油巨头阿莫科（AMOCO）整合了大部分美国的碳纤维资源，不光包括美国 联碳公司（历史上唯一一家拥有黏胶+沥青+聚丙烯腈基碳纤维） ，还有东邦与美国塞兰尼斯 （Celanese）公司合作的碳纤维资产，这些资产历经转手，在 2001年成为了氰特（CYTEC） ；德国 石墨巨头西格里（SGL）在 1997年收购了英国考陶尔兹留下的 RK carbon，至此，碳纤维的拓荒牛 英国考陶尔兹退出历史舞台（后期被中国蓝星收购活跃了两年） 。 2000 年代的特点是世界很平静（暗中准备航空航天、风电、汽车的大应用） 。世界上发生几起延 续 90年代的并购事件，除了氰特，西格里从高尔夫球杆厂阿尔笛拉（ALDILA）收购了合资碳纤维的 atacft 第 4 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 股份，东邦收购了美国福塔菲尔（Fortafil）碳纤维，立足美国。2007 年卓尔泰克与风电巨头维斯塔 斯（VESTAS）建立合作，将碳纤维用于风电。中国开启了狂飙猛进的碳纤维投资热潮，除了中国大 陆，韩国、俄罗斯、土耳其、台湾等地区也有不少新进入者，其中依然生存的有韩国晓星，土耳其 DOWAKSA。 2010 年代的主要特点是应用的急剧扩大及产业进一步整合。 首先是号称碳飞机的 B787 与 A350 分别在 2011 年和 2014年完成首架交付，航空航天级碳纤维需求迅猛增加。2010年，宝马与西格里 合资在美国建设总产能 9,000吨/年的碳纤维工厂， 试图将电动汽车彻底轻量化并控制材料源头。 （2017 年 8 月，西格里确认收购宝马在汽车碳纤维合资企业的股份，宝马退出碳纤维产业） ；由于拉挤板成 功应用于叶片梁帽，风电巨头维斯塔斯对碳纤维需求空前增长，碳纤维产业内部，加剧了整合，标志 性的事件是 2014 年底，东丽收购了卓尔泰克。国内产业大浪淘沙，强者愈强。 总结世界碳纤维 60 年的发展历史：既有近藤昭男、威廉姆瓦特等依然闪耀的科学大师；也有在 其中沉沙折戟的众多著名公司，如日本东海、日本碳素、旭化成；英国皇家原子能公司、考陶尔兹、 罗尔斯-罗伊斯,BP 公司；美国联碳、阿莫科、塞兰尼斯，德国巴斯夫（BASF） ；更有历经风浪、依然 傲立潮头的如东丽、东邦、三菱等公司。总结成功公司的特点：用 30年时间踏实完成实验线-工程线 -工业化的道路，注重产业链与应用生态的开发。 1.2.中国碳纤维发展简史 我们对中国碳纤维历史做个简单介绍，对比世界碳纤维的 60 年发展，我们是 57年历史。 1960 年代研究起步：最早是 1962 年中科院长春应用化学所成立以李仍元先生为组长的“聚丙烯 腈基碳纤维的研制”课题组，开展基础研究，同期还有沈阳金属研究所张名大先生。 1970 年代的特点是举国体制。1970年代初，中科院化学所为了满足国家国防需要，组建了高分 子复合材料物理研究室（九室，主任：吴人洁），重点研究“碳纤维连续化制备”和“缩短碳纤维制备周 期研究”并取得“四氯化锡”催化等成果；上海合成纤维研究所于 1970 年代初，开展硫氰酸钠法丙烯腈 原丝研究；1972 年，化工部吉林化工研究院开展硝酸法研制碳纤维 PAN 原丝，并在年产 3吨装置上 取得硝酸一步法制取原丝，供山西燃化所(今煤化所)和长春应化所研究碳纤维。山西燃化所用间接预 氧化和碳化做研究，并开展连续预氧化和碳化试验。1975 年上海合纤所提供给冶金部上海碳素厂 2 吨原丝研制碳纤维。1975年，11月 1324 日在北京，由当时的国防科委主任张爱萍亲自主持召开了 一次专题会议，部署国内碳纤维研究工作，由国家计委安排 500 万元资金做启动费，制定了 10 年发 展规划，组织了原丝、碳化、结构材料、防热材料、测试检验技术 5个“攻关组” ，安排 20多家研究 和企业单位参加，如由吉林化学工业公司研究院、吉林辽源石油化工厂、兰州化学工业公司化纤厂、 上海合成纤维研究所采用不同溶剂路线研发聚丙烯腈（PAN）原丝；上海合成纤维研究所、吉林、上 海、兰州、抚顺 4 家碳素厂、山西煤化所、中科院化学所等负责碳化技术研究；另外还安排了织物和 材料应用研究。1978年，国家科委恢复，碳纤维转由科委为主管理，从 1975至 1981 年底，中央各 部委共投入到承担碳纤维原丝、碳纤维制品等的民用研制的资金约 2,600 多万元，共建设厂房、试验 室 20,000多平方米。建成 PAN 原丝试制动力约 50 吨/年，碳纤维长丝的试制能力 1.52.0吨/年。 1980 年代的主格调是引进。19841985 年，国家科委鼓励引进国外先进技术，承诺将给予资金 支持。 1984年， 冶金部支持上海碳素厂试图引进美国 Hitco 碳化设备， 最终被美国国防部否决。 1986， 吉林化学工业公司经过调研、 询价， 世界各知名碳纤维公司均囿于“巴黎统筹条约” 限制， 不转让技术、 atacft 第 5 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 不出售设备，只有英国 RK 公司同意出售大丝束预氧化炉和碳化炉，经过谈判、考察，最终以 450万 美元购买了生产能力为 100 吨（12K） /年碳化设备及相应测试仪器，按当时汇率折合 2,731 万元。 1990 年经多次试车，预氧化炉尚可，碳化炉始终开不起来。联合国开发计划署（UNDP）和联合国工 发组织（UNIDO）批准在北京设置 “碳纤维及其复合材料的开发应用”项目，由北京化工学院和北京 航空材料研究所共同承担，总经费共 250万美元；北京化工学院经调研，同样除英国 RK 公司外，没 有厂家愿意出售， 最后由北京化工学院提供工艺参数， 委托英国 R K公司加工制造一套 10吨级 （12K） 预氧化、碳化中试线，加工费 56万美元。项目历经磨难，几次因“可能有用于军事”而险些遭到封杀， 原定 3 年完成的项目拖了 7年，1993 年 6月才勉强“验收”，之后运行效率不高。 1990 年代的特点是停滞。只有吉化公司、吉林碳素厂和北京化工学院还在 “惨淡经营” ，维持小 批量供货，其他研发单位基本退出了这一领域，吉林化工研究院硝酸一步法到 1998 年终止生产。 2000 年代的特点是“大干快上”建设碳纤维热潮。欧美的禁运，导致市场上 T300-3K 的价格涨到 8000 元/公斤且有价无市，严重影响军机的生产。师昌绪先生给江泽民主席写了 “关于加速开发高性 能碳纤维的请示报告”。“江办” 将报告批转到国家计委和科技部等部门，产生较大影响，对以后的经 费落实起到了决定性影响。科技部决定设立碳纤维专项，组成了专家小组，由中科院化学所副所长徐 坚任组长，北京化工大学徐樑华任副组长。把碳纤维列入 863 计划新材料领域，2002 年，安徽华皖 集团从英国引进 AMEC（DR.ROSE)的 PAN 和 CF 技术和设备，碳化能力 200 吨/年。之后我们所有 的碳纤维研究机构，如吉林化学（后中石油吉化公司） 、北京化工大学、中科院山西煤化所、山东大 学、东华大学等一批科技机构，迅速成为工业技术的转让者，整个 2000 这十年，据不完全统计，上 碳纤维项目的超过 40家，投资规模超过 300亿元人民币，全世界的设备制造厂迎来了中国盛宴。 2010年代的特点是反思“狂飙猛进”和“优胜劣汰”。 2012年，笔者与申屠年先生合作发表了对中国 碳纤维及其复合材料产业链发展现状的反思，同年的香山会议上做报告，得到行业及政府主管部门 的广泛认同与共鸣。从产业角度，烧钱开始让人心慌与绝望，出现了很多“烂尾楼”与“僵尸企业”。同 时，认真积累技术、踏实工作的企业迎来了春天：光威集团与中简成功上市，中复神鹰扭亏为盈，吉 林化纤成为国内原丝龙头，中石化上海石化大展宏图。整个中国碳纤维企业从高峰时超过40家变成今 天的十余家企业，市场的优胜劣汰的力量是巨大的。 上述的中国历史素材，均摘抄于国内碳纤维复合材料专家如李克健、罗益峰、陈绍杰、徐坚等老 师的文章，在此一并致谢！我们呼吁同行重视历史的记录，复杂技术系统的发展需要很长的时间，技 术需要传承，文化与历史也需要。人人均可成为历史的记录者，我们赛奥碳纤维愿意为全国同行提供 协助与支持，发表、整理与保存这些历史资料。 1.3.国外与中国发展史的比较 对比世界与中国的60年，我们能得到什么呢？总体印象，如同碳纤维老前辈中科院化学所原副所 长吴人洁先生曾说过：我们就像 一个刚醒来的人，打哈欠，伸懒腰，总也起不来床。这种“起不来床” 的感觉，至今犹存。70年代的举国体制模式旨在解决军品问题时，国际上主流是在做工程化；80年代 的引进模式时， 国际上在做工业化与商业化； 90年代我们进入最困难时期时， 国际在并购与资源重整； 2000年代， 我们狂飙猛进时， 国际巨头貌似平静， 实则准备碳飞机、 碳汽车及碳叶片的巨大应用； 2010 年代，我们在反思、在优胜劣汰，而国际在收获大应用带来的大收益与大发展。对照历史之下，其实 atacft 第 6 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 我并未太遗憾，毕竟我们60、70、80年代的工业技术、企业化的水平与世界同期差距甚大，90年代 的主格调是“下海经商”，肉吃得容易，谁还会去啃“硬骨头”？ 如果要讲遗憾，就是2000年代后，实验室技术简单放大，直接跃进工业化，缺少的工程化技术开 发，在企业的工业装置上烧钱来做；技术无特色，落后技术重复建设。这其中，提供技术方盲目自信， 对工程与工业缺乏基本的敬畏，企业家利用小农经济（或简单制造型经济）获得的成功经验用于碳纤 维，对复杂产品技术缺乏思想与战略；社会对高科技招牌行骗缺乏辨别能力，尤其地方政府主导的项 目多次被骗，浪费了大量的社会资源。这充分反映了整个社会“好大喜功，急功近利”的心态。当然， 我们也可以说，这是中国经济进入工业文明阶段必然要交的学费。 从社会的层面，国际上，二战之后，大家均在大力发展科技强国，产业的社会环境相对稳定，英 美日本之间的国际合作非常频繁，70年代，美国人创造的碳纤维高尔夫球杆，网球拍，启发了日本成 为当时的碳纤维体育器材的强国，有效地支撑了产业的婴儿成长期；80年代，美国波音公司掀起了航 空碳纤维的应用，又帮助碳纤维产业顺利完成了儿童期；同期，日本所有碳纤维企业均与美国公司相 互转让碳纤维生产技术，帮助了美国碳纤维的成长。这说明，一个先进的材料的诞生与成长，需要全 球高端应用的哺育的产业链与生态。 而我们的60-70年代，政治运动频繁，最初开始研究碳纤维的李仍元老师据说也受到文革的影响， 分别转战吉林辽源石油化工厂、中国纺织大学，安徽大学（80年代）坚持碳纤维研究；张爱萍将军主 持的7511会议及之后的全国碳纤维大会战，算是一个亮点与高峰。改革开放的80、90年代，技术引 进是政策主格调，但受制于“巴黎统筹条约”限制，只能引进世界三流技术；而同期，以经济建设为主， 军工企业一片萧条，没有60-70年代重视军工的政策环境，严重缺乏应用动力。 90年代末到2000年代， 以台资为代表的碳纤维体育器材进入大陆地区，大陆的体育器材中玻璃纤维向碳纤维转移，这形成了 新的发展动力。2005年后，军工企业逐步得到重视，对碳纤维的需求开始触发产业的发展。平稳的政 治经济的发展， 对特定产业发展至关重要。 从60年代到今天， 我们的碳纤维产业的主体是在国内打转， 还没有融入国际高端产业链与生态圈。近几年，光威及澳盛的碳梁产品已经进入国际产业链，这是个 非常欣慰的进步！ 全球化的今天，严格意义的“自主创新”是不客观与不现实的，更多地是在人类成果基础上的集成创 新或再创新。我们需要解决“短板”与“卡脖子”难题，练好技术内功，目的不是自给自足、自我封闭、 与世界为敌。用更强的能力融入世界高端产业链及生态，是碳纤维企业发展壮大的必然之路。 1.4.全球碳纤维历史里程碑 下一页，我们对碳纤维发展中的发现及技术发明、重大应用突破以及产业政策选为里程碑事件。 旨在让大众对产业的发展建立清晰的历史观。伟大有多个标准，其中之一是为世界工业文明做出里程 碑意义的重大贡献，我想这应是当代中国碳纤维同仁的奋斗目标之一。 特别鸣谢：感谢碳纤维全行业的参与企业的高度关注与支持，大家对我们的数据与结论均作出了 非凡的贡献；感谢中国中服白雪垠先生和陈宇航先生多年来不懈的支持；感谢中国化纤协会各位领导 的支持；感谢中国复合材料集团前董事长张定金先生等一批业界同仁无私分享行业信息与思想。 atacft 第 7 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 atacft 第 8 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 2. 全球碳纤维市场 2.1. 全球碳纤维市场需求-年份 全球碳纤维需求(千吨） Global demand for carbon fiber（ Kilo-ton) 36.4 103.7 216.5 422.2 0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020* 2021* 2022* 2023* 2024* 2025* 2026* 2027* 2028* 2029* 2030*2019 年的全球碳纤维需求数据，是根据国际上公认的增长率 12%这个数据计算而来的，总需求 量为 103,700 吨，这其中，中国的需求数据 37，840 吨是精准的，占了 36.4%。假如国际需求量数 字太小，中国的占比就会更大，这显然有悖于常识。毕竟我们很清楚，欧美日本是碳纤维需求的大国。 2019 年的全球市场，除了如航空航天、体育器材、汽车、建筑补强、模塑混配等经典分市场的 稳步发展之外，风电、压力容器市场增长迅速，这是驱动整个市场的重要引擎。另外，各大碳纤维公 司均看好单通道飞机平台大量采用碳纤维的前景。这些均为市场注入了强大的活力。 2019 年，全球碳纤维经历了 60 年的努力，把碳纤维的需求第一次做到 10 万吨以上。这是碳纤 维复合材料产业链的复杂性决定的。当绝大部分核心技术被人类掌握之后，下一个 10 万吨的增长， 时间会急剧缩短，我们预测 2025年就会进入 20 万吨，2030 年会进入 40-50万吨。 atacft 第 9 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 2.2. 全球碳纤维市场需求-应用（千吨） 总量：103,700 吨 2019全球碳纤维需求-应用(千吨） 2019 Global demand for carbon fiber by application（ Kilo-ton) 风电叶片 25.5 26% 航空航天 23.5 23% 体育休闲 15.0 14% 汽车 11.8 11% 混配模成型 8.7 8% 压力容器 7.4 7% 建筑 3.9 4% 碳碳复材 2.8 3% 电子电气 1.4 1% 电缆芯 1.1 1% 船舶 1.1 1% 其他 1.5 1%总体来讲，绝大部分分市场，均是基于 2018年基础，增长率为 12%左右的增长： 航空航天（包含军工） ：2019 的数据比去年增加 12%，主要是波音 787 及空客 350 的产能的增 加。 风电叶片： 风电市场的碳纤维需求强劲， 对比 2018 年增长了 16%， 主要依赖于风电巨头 VESTAS 强势驱动，其他风电厂家对需求的牵引还不明显。 体育休闲：每年按照 4-5%的中速稳定增长。 atacft 第 10 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 2.3. 全球碳纤维市场需求-应用（美元） 总量：2,870百万美元 2019全球碳纤维需求-应用(百万美元） 2019 Global demand for carbon fiber by application（Million US$) 航空航天 1410.0 49.1% 风电叶片 357.0 12.4% 体育休闲 345.0 12.0% 汽车 212.4 7.4% 混配模成型 156.6 5.5% 压力容器 148.0 5.2% 建筑 78.0 2.7% 碳碳复材 50.4 1.8% 电子电气 32.2 1.1% 船舶 25.3 0.9% 电缆芯 25.3 0.9% 其他 30.0 1.0%应用 航空航 天 体育休 闲 风电 叶片 汽车 混配 模成 型 压力 容器 建筑 碳碳 复材 电子 电气 船舶 电缆 芯 其他 总量 需求千 吨数 23.5 15.0 25.5 11.8 8.7 7.4 3.9 2.8 1.4 1.1 1.1 1.5 103.7 数量份 额 22.7% 14.5% 24.6 % 11.4 % 8.4% 7.1% 3.8% 2.7% 1.4% 1.1% 1.1% 1.4% 100% 美元/ 公斤 60 23 14 18 18 20 20 18 23 23 23 20 需求 (百万 美元） 1410 345 357 212 157 148 78 50 32 25 25 30 2870 百分比 49.1% 12.0% 12.4 % 7.4% 5.5% 5.2% 2.7% 1.8% 1.1% 0.9% 0.9% 1.0% 100.0 % 全球碳纤维的销售金额为 28.7亿美元，比 2018年 25.71亿美元增长了 11.6%，销售金额的增长 并未与销售额的增长完全对应。主要原因是风电市场的对碳纤维数量虽然大，但由于单价较低，对总 体金额贡献不显著。 atacft 第 11 页共 47 页 广州赛奥碳纤维技术有限公司 2.4. 全球碳纤维市场需求-产品（千吨） 总量：103,700 吨 2019 全球碳纤维需求-产品(千吨） 2019 Global demand for carbon fiber by products (Kilo-ton) 标模- 大丝束 42.2 40.7% 标模- 小丝束 41.8 40.3% 中模量 18.9 18.2% 高模量 0.8 0.7%模量的定义： 标准模量是指拉伸模量为 230-265GPa 中等模量是指拉伸模量为 270-315GPa 高模量是指