碳纤维设备行业现状: 碳纤维需求爆发将带动设备端发展国产替代趋势明显

2024-08-30 09:38

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一、工艺装备是碳纤维产品稳定性的核心内容之一，成本占比较高

根据观研报告网发布的《中国碳纤维设备行业发展深度研究与投资前景预测报告（2024-2031年）》显示，碳纤维是由有机纤维在1000℃以上裂解碳化形成的含碳量高于90%的无机纤维，不仅具有碳材料的固有本征特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

工艺装备是碳纤维产品稳定性的核心内容之一。碳纤维制备流程中涉及的主要设备包括括放纱架、预氧化炉组、低温碳化炉、高温碳化炉、表面处理浴池、上浆浴池、干燥机、卷绕机、废气处理系统、废气系统管道以及厂房内界定的设备管道；碳纤维复合材料成型工艺中涉及的主要设备包括缠绕设备、拉挤设备、特殊成型模具等。

碳纤维生产线设备价值高，能耗大，因此相应成本占比高，达18.2%，仅次于能源（34%）和原材料（19.2%）。

数据来源：观研天下数据中心整理

二、碳纤维需求爆发将带动设备端发展

碳纤维呈黑色，其在力学性能上具有优异的比强度和比模量，导电能力超高、质量轻、抗腐蚀、耐磨损、耐高温性能优异，惰性环境下在2000℃能保持强度不发生明显变化。与其他无机纤维相比，碳纤维在非氧化的条件下以及温度低于400℃的有氧条件下表现出最好的综合性能。

碳纤维主要优点

优点	主要内容
质量轻	作为一种性能优异的战略性新材料，碳纤维复合材料密度与镁和铍基本相当，不到钢的 1/4，采用碳纤维复合材料作为结构件材料可使结构质量减轻 30%-40%。
高强度、高模量	碳纤维的比强度比钢及铝合金高；模量也高于其他结构材料。
膨胀系数小	大多数碳纤维在室温下的热膨胀系数为负数，在 200-400℃时为 0，在小于 1,000℃时仅为 1.5×10-6/K，不易因工作温度高而膨胀变形。
耐化学腐蚀性好	碳纤维纯碳含量高，而碳又是最稳定的化学元素之一，导致其在酸、碱环境中表现均十分稳定，可制成各类化学防腐制品。
抗疲劳能力强	碳纤维结构稳定，据高分子网统计，其复合材料经应力疲劳数百万次循环试验后，强度保留率仍有 60%，而钢材为 40%，铝材为 30%，玻璃钢则只有 20%-25%。

资料来源：观研天下整理

中国碳纤维需求量稳步上升。碳纤维广泛应用于航空航天、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，是国民经济发展不可或缺的重要战略物资。2015-2023年中国碳纤维需求量从16789吨增加至69075吨，复合增长率为19.34%。

数据来源：观研天下数据中心整理

我国已成为全球碳纤维消费大国。2021年、2022年、2023年中国碳纤维需求量占全球碳纤维需求量的比重分别为53%、55%、60%，均为全球第一。碳纤维需求爆发将带动设备端发展。

数据来源：观研天下数据中心整理

三、政策利好，碳纤维设备国产替代趋势明显

原丝到碳纤维生产过程中用到的设备较多，主要有：原丝设备（聚合釜、喷丝板等）、纺丝设备（碳纤纺丝机、蒸气牵伸机、水洗机等）、预氧化设备（预氧化炉、前期驱动装置）、碳化炉（分为低温和高温碳化炉，与之配套的是非接触式迷宫密封装置、加热系统、废气排出和处理系统以及牵伸装置）、石墨化炉等。整体来看，原丝生产设备目前国产化程度低，碳纤维生产设备部分厂商仍然使用进口设备。

碳纤维主要优点

优点	主要内容
质量轻	作为一种性能优异的战略性新材料，碳纤维复合材料密度与镁和铍基本相当，不到钢的 1/4，采用碳纤维复合材料作为结构件材料可使结构质量减轻 30%-40%。
高强度、高模量	碳纤维的比强度比钢及铝合金高；模量也高于其他结构材料。
膨胀系数小	大多数碳纤维在室温下的热膨胀系数为负数，在 200-400℃时为 0，在小于 1,000℃时仅为 1.5×10-6/K，不易因工作温度高而膨胀变形。
耐化学腐蚀性好	碳纤维纯碳含量高，而碳又是最稳定的化学元素之一，导致其在酸、碱环境中表现均十分稳定，可制成各类化学防腐制品。
抗疲劳能力强	碳纤维结构稳定，据高分子网统计，其复合材料经应力疲劳数百万次循环试验后，强度保留率仍有 60%，而钢材为 40%，铝材为 30%，玻璃钢则只有 20%-25%。

资料来源：观研天下整理

碳纤维产业是国家鼓励的基础性战略性新兴产业，代表新一轮科技革命和产业变更的方向，是培育发展新动能、获取未来竞争新优势的关键领域。近年来国家和地方政府出台多项产业政策，支持碳纤维产业的发展，为碳纤维产业发展提供良好政策环境，碳纤维及碳纤维设备国产替代趋势明显。

碳纤维行业相关政策

时间	政策	发布时间	主要内容及影响
2022年4月	《工业和信息化部国家发展和改革委员会关于化纤工业高质量发展的指导意见》（工信部联消费〔2022〕43号）	工业和信息化部、国家发展和改革委员会	提升高性能纤维生产应用水平。提高碳纤维等高性能纤维的生产与应用水平，提升高性能纤维质量一致性和批次稳定性。进一步扩大高性能纤维在航空航天、风力和光伏发电、海洋工程、环境保护、安全防护、土工建筑、交通运输等领域应用。关注高性能纤维关键技术突破和高效低成本生产。
2021年9月	《“十四五”纺织机械行业发展指导性意见》	中国纺织机械协会	重点发展碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯等高性能纤维生产成套装备，绳网、纤维复合材料成型装备。
2021年6月	《纺织行业“十四五”发展纲要》	中国纺织工业联合会	推动建设国家级碳纤维及复合材料创新中心，构建高性能纤维行业创新体系。加强高性能纤维高效低成本化生产技术研发，提高已实现工程化、产业化的碳纤维等高性能纤维技术成熟度和产品稳定性。加快研发更高性能碳纤维等关键制备技术。
2021年3月	《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》	十三届全国人大四次会议	专栏4制造业核心竞争力提升：加强碳纤维等高性能纤维及其复合材料的研发应用。
2020年9月	《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》	国家发改委、科技部、工信部、财政部	聚焦重点产业投资领域，加快新材料产业强弱项。围绕保障大飞机、微电子制造、深海采矿等重点领域产业链供应链稳定，加快在光刻胶、高纯靶材、高温合金、高性能纤维材料、高强高导耐热材料、耐腐蚀材料、大尺寸硅片、电子封装材料等领域实现突破。
2019年11月	《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》	工信部	将高性能碳纤维（航空、航天、轨道交通、海工、风电装备、压力容器）、高性能碳纤维预浸料（航空航天）、汽车用碳纤维复合材料（汽车）、风电叶片用碳纤维复合材料（风电叶片）、高性能碳纤维增强陶瓷基摩擦材料（轨道交通、车辆、工程机械）列入关键战略材料。
2019年10月	《产业结构调整指导目录》（中华人民共和国国家发展和改革委员会令第29号）	国家发改委	将“高性能纤维及制品的开发、生产、应用”列为鼓励类项目。

资料来源：观研天下整理

2023年中国碳纤维总需求为69075吨，进口量为16075吨，国产碳纤维供应量为53000吨，占比76.7%，同比增长17.8%。

数据来源：观研天下数据中心整理

我国碳纤维主要设备已实现国产化供应，国产设备在性能、配置、工艺、交期和价格等方面具有较强的综合竞争力和竞争优势。

碳纤维设备行业竞争格局

生产设备	国外厂商	国内厂商	竞争格局
预氧化炉制造商	美国 Despatch、美国 Litzler、美国 Harper、德国艾森曼、日本 KYK 等	精工科技、顶立科技、上海依江等	均已实现国产替代，国产设备在性能、配置、工艺、交期和价格等方面具有较强的综合竞争力和竞争优势；精工科技系国内唯一一家具备千吨级碳纤维整线装备交付能力的厂商
碳化炉制造商	美国 Harper、美国 Litzler、德国艾森曼、日本 KYK、德国音斯楚特等	精工科技、富瑞达、顶立科技、上海依江等
表面处理设备制造商	意大利 MAE 等	精工科技、江苏港鹰等
焚烧炉制造商	德国艾森曼、德国杜尔等	精工科技、恩国环保等
收/松丝机制造商	日本爱机、德国萨姆、日本神津、英国 Texkimp 等	精工科技、常州苏泰、广州赛奥等