PAN基碳纤维产业发展专题研究报告.docx

1 PAN 基碳纤维产业发展专题研究报告 1 一、 PAN 基碳纤维产业发展现状 （一）国际 PAN 基碳纤维产业发展状况 1、国际 PAN 基碳纤维生产情况 2014 年全球 PAN 基碳纤维产能约为 12.8 万吨，其中小丝束碳纤维约为 9.2 万吨，占 72%；大丝束碳纤维约 3.6 万吨，占 28%。按照开工率 70计算， 2014 年全球碳纤维总产量约为 9 万吨。 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 2010年 2011年 2013年 2014年 大丝束小丝束 图 1、 2010 年 -2014 年全球碳纤维生产能力 2、国际 PAN 基碳纤维产品及消费情况 （ 1） 产品情况 目前全球碳纤维工业化产品仍以 PAN 基碳纤维为代表，其力学性能最高，应用领域最广，占全球碳纤维总产量的 90以上。目前， 已经开发出高强度、高模量和高强高模三大系列约三十项品种。 目前，全球范围拥有 PAN 原丝、 PAN 基碳纤维、织物、预浸料、单向预浸带、片材至复合材料制品全套产业链的企业，主要有日本东 2 丽、日本东邦 Tenax、日本三菱丽阳、美国 Hexcel、美国 Cytec、德国 SGL 等。其中日本东丽公司生产的碳纤维，无论质量、产量还是品种都居世界前列。 （ 2） 消费 情况 碳纤维及其复合材料由于具有密度小、强度高、耐高低温等特点， 最早应用于航空航天及国防领域，如大型飞机、军用飞机、无人战斗 机及导弹、火箭、人造卫星等。约占总消费量的 22%。 碳纤维及其复合材料既能作为结构材料又能作为功能材料，在工业领域具有广泛的应用，如：汽车、电缆、风能发电、海洋产业、电 子器件、工业器材和土木建筑等。约占总消费量的 62%。 碳纤维制成的体育休闲用品，质量更轻、硬度更强、吸收震荡和振动效果更好，同时延长了体育用品的使用寿命，其中最主要的应用 是作为自行车、钓鱼杆、网球拍、高尔夫球杆和游 艇等材料。约占总 消费量的 16% 。 2014 年国际上碳纤维在航空航天、工业、体育休闲三大领域的应用比例为 22:62:16，预计 2020 年将变为 20:75:5。在全球范围内， 碳纤维复合材料总量的 50%以上应用于工业领域，特别是在风电叶片和汽车领域，体育休闲用品所消耗的碳纤维复合材料占比不到 20%， 并 呈逐年下降之势，而在中国 50%以上的碳纤维主要应用于体育休闲用 品，但工业用碳纤维逐步提高。 3 表 1、国际碳纤维应用领域统计表 应用领域 2012 年 2013 年 2014 年 用量（吨） 占比 用量（吨） 占比 用量（吨） 占比 航空航天 7770 15% 11914 20% 15070 22% 工业应用 32634 63% 35742 60% 42470 62% 体育休闲 11396 22% 11914 20% 10860 16% 总计 51800 100% 59570 100% 68500 100% 3、国际 PAN 基碳纤维投资情况 近年来，随着大型飞机进入商业飞行及风力发电、汽车领域等工业需求量扩大，各碳纤维生产企业纷纷扩大其生产规模，而且非常具 有针对性。东丽为扩大在飞机制造领域的份额，计划在南卡州新建碳纤维生产线，满足民航飞机等需求；三菱丽阳计划提高美国加州子公 司的产能，满足美国风电、汽车、压缩天然气瓶（ CNG） 和氢气瓶 增长需求；新兴企业如韩国晓星也将提高产能，用于本国内火车和公 共汽车等的轻量化材料，并销往中国和东南亚；俄罗斯复合材料公司 千吨级碳纤维生产线也建成投产。 表 2、 2014 年世界主要碳纤维生产企业及产能汇总表 类别 生产企业 2014 年 小丝束 日本东丽 26100 日本东邦 13900 日本三菱 10100 美国 CYTEC 2300 美国 HEXCEL 8200 土耳其 AKSA 3500 韩国晓星 2000 韩国泰光 2000 中国台塑 8750 中国大陆 15000 合计 91850 大丝束 日本卓尔泰克 Zoltek 17600 德国西格里 SGL 12000 日本三菱 MRC 2700 日本东丽 Toray 300 4 16.3% 28.4% 9.5% .2% .2% 3.8% 8.9% 15.1% 11.0% 2.5% 类别 生产企业 2014 年 蓝星 Bluestar 3700 合计 36300 总计 128150 4、国际 PAN 基碳纤维重点企业 国际 PAN 基碳纤维生产厂商主要有日本 Toray(东丽 )、 Toho(东邦 )、 Mitsubishi Rayon(三菱人造丝 )，美国 Hexcel(赫氏 )、 Cytec(氰特 )和 Zoltek(卓尔泰克 )等公司。 PAN 基碳纤维是当今世界碳纤维发展的主流，占世界碳纤维市场的 90%以上。 目前，国际碳纤维市场以日本企业为主导，日本企业占全球碳纤维市场份额的 55。其中，小丝束碳纤维产品主要被东丽、东邦和三菱丽阳三家企业垄断，但由于中国、土耳其和韩国等新兴国家碳纤维产业的崛起，三家企业在小丝束碳纤维市场的份额已由前几年的约 70%下降至 55%；大丝束碳纤维主要有 Zoltek、 SGL 和三菱丽阳三家生产商。 日本东丽日本东邦日本三菱 美国 CYTEC 2 美国 HEXCEL 2 土耳其 AKSA 韩国晓星韩国泰光中国台塑中国大陆 图 2、全球碳纤维产业份额（小丝束） 5 日本卓尔泰克 Zoltek 德国西格里 SGL 日本三菱 MRC 日本东丽 Toray 蓝星 Bluestar 图 3、全球碳纤维产业份额 （ 大丝束 ） 5、国际 PAN 基碳纤维生产技术与装备情况 （ 1） 原丝生产技术与装备 国际主要 PAN 基碳纤维生产线多是从原丝开始，直到碳纤维以及中、下游产品开发。例如：日本东丽、东邦、三菱公司，美国 Hexcel 公司，中国台湾地区的台塑和土耳其的 AKSA 都是从聚合、纺丝开 始。国外主要企业原丝工艺技术及性能参数对比表见表 3。 表 3、国外主要企业原丝工艺技术及性能参数对比表 公司名称 所属国家 溶液 工艺技术 碳纤维性能 东丽公司 日本 DMSO 湿纺、干喷湿纺 3.5 7.06GPa 的高强系列 290 590GPa 的高模及高强中模系列 东邦公司 日本 ZnCl2 湿纺 强度最高达 5.8GPa 的高强系列 模量为 155 650GPa 的低、中、高模系列 三菱公司 日本 DMF 湿纺 类似东丽 T800 级系列 Hexcel 美国 NaSCN 湿纺 类似东丽 T700 T800 系列 日本碳纤维生产线上所需关键机械设备都是由所属的机械加工厂自行加工研制，自产自用，对碳纤维原丝制备工艺路线和生产设备严格保密，仅对固定合作伙伴提供原丝，而生产设备和工艺技术一概不对外出售。目前国外主要原丝生产设备制造商，意大利 MAE 公司、 0.8% 7.4% 10.2% 48.5% 33.1% 6 日本川崎重工等。 （ 2） 碳纤维碳化生产技术与装备 能够提供预氧化炉的主要国外厂商有：德国埃森曼 （ Eisenmann），美国 DESPATCH 和美国 LITZLER。能够提供生产碳化炉的主要国外厂商是美国哈泊公司 （ Harper） 、德国埃森曼 （ Eisenmann） 、美国 LITZLER 和台湾聚川 (联川 )公司等公司。 （ 3） 碳纤维收丝卷绕设备 碳纤维收丝卷绕领域技术领先者是日本神津（ KAMITSU）和德国萨姆 （ SAHM） 。 （二） 国内 PAN 基碳纤维产业发展状况 1、国内 PAN 基碳纤维产业现状 （ 1） 国内 PAN 基碳纤维生产情况 截至 2014 年 12 月，国内主要有 18 家企业从事 PAN 原丝生产， 年生产能力超过 5 万吨。其中大陆有 17 家生产单位，年生产能力近 4 万吨；台湾塑胶工业股份有限公司，产能为 1.5 万吨 /年。国内主要有 25 家企业从事 PAN 碳化生产，年生产能力约为 2.4 万吨。其中大陆主要有 24 家生产单位，年生产能力为 1.5 万吨；台湾塑胶工业股 份有限公司，产能为 8750 吨 /年。国内主要生产原丝和碳化的具体企业生产情况参见表 4。 表 4、国内 PAN 原丝及碳纤维主要生产企业统计 (2014 年底 ) 所属省份 企业名称 原丝产能 （吨 /年） 碳丝产能 （吨 /年） 山东 威海拓展纤维有限公司 5500 2600 江苏 中复神鹰碳纤维有限责任公司 12000 5000 7 江苏恒神纤维材料有限公司 7500 5000 中简科技发展有限公司 200 100 江苏航科复合材料科技有限公司 100 25 吉林 中石油吉林石化公司 260 115 吉林碳谷碳纤维有限公司 5000 0 方大江城碳纤维有限公司 0 500 吉林市神舟炭纤维有限责任公司 0 50 吉林市吉研高科技纤维有限责任公司 0 175 （ 2） 国内 PAN 基碳纤维主要企业及产能分布 在国家相关部委的推动下，我国碳纤维产业在产业化和规模化发 展方面取得了重大突破。碳纤维产业进入前所未有的新的发展阶段， 在我国完整的碳纤维研发链条下的碳纤维工程化研发出现了加速发 展的势头，初步形成了以山东、江苏和吉林等地为主的碳纤维产业聚 集地，培育了威海拓展、中复神鹰和江苏恒神等碳纤维生产骨干企业和一批碳纤维复合材料及制品企业。同时，先后建设了碳纤维制备及工程化国家工程实验室（依托威海拓展 ） 、碳纤维制备技术国家工程实验室（依托山西煤化所 ） 、结构性碳纤维复合材料国家工程实验室 （ 依托北京航空材料院 ） 、功能性碳纤维复合材料国家工程实验室 （ 依托北京航天材料所 ） 四个国家工程实验室，有效地提升了碳纤维制备和复合材料等方面的自主创新能力。 根据统计， 2010 年 2014 年期间，我国碳纤维产能从 6445 吨增至 15000 吨，增长了 2 倍，年均增长 23.5%；产量从 1500 吨增至 3700 吨，增长了 2.5 倍，年均增长 25.3 %。目前我国生产的碳纤维全部为小丝束，其中 12K 占比超过 90， 1K、 3K、 6K 各有产量。 8 威海拓展、中复神鹰和江苏恒神等碳纤维龙头企业通过自主研发， 均已形成了碳纤维制备工艺技术和关键装备自主设计和制造。同时， 为了完善产业链建设，这些企业也正在向不同的碳纤维应用领域延伸， 如威海拓展配套碳纤维预浸料、经编织物及各种管材、型材、重大基 础设施等；中复神鹰配套风力发电叶片、游艇、模具、自行车等；江 苏恒神配套工程机械装备关键部件和建筑结构工程制品等。另外，河 北硅谷化工配套碳纤维复合电缆芯，中石油吉化公司配套抽油杆等， 一定程度上带动了碳纤维复合材料及制品行业的发展，较好地拓展了 碳纤维消费市场的需求。围绕这些骨干企业，已初步形成碳纤维产业 集群。 目前，形成具有技术基础和发展特色的碳纤维代表生产企业： 威海拓展纤维有限公司 威海拓展纤维有限公司成立于 2002 年，是国内最早从事专门致 力于高性能碳纤维研发和生产的民营高新技术企业， 总资产 14 亿元。其主要产品逐步形成了以航空、航天重点型号为代表的高端用户群， 从而确立了市场先入优势，自 2011 年以来实现了连续盈利。 该公司通过产学研用相结合，自主创新和引进消化吸收再创新， 相继突破了碳纤维及织物系列化生产、碳纤维预浸料系列化生产、碳 纤维复合材料制品系列化生产、碳纤维核心生产设备成套生产等关键 技术，形成了具有自主知识产权的研发体系。其中系列化碳纤维产品 包括 T300、 T700、 T800、 M40 和 M40J 级碳纤维产品，已经实现 了工程化与产业化生产，部分产品性能与日本东丽水平相 当。 2012 9 年作为国内碳纤维行业龙头企业主持制定了聚丙烯腈基碳纤维国家标准 （ GB/T 26752-2011） 。此外，威海拓展在碳纤维生产装备设计制造和产品检测方面也有着较强的实力。 江苏恒神股份有限公司 江苏恒神股份有限公司成立于 2007 年 8 月，于 2015 年 1 月由 江苏恒神纤维材料有限公司更名而来，主营业务为国产高性能碳纤维、增强增韧树脂及先进复合材料的研发、生产、销售和售后服务，产品 主要为国家重大装备、轨道交通、海洋工程及其他国民经济领域，提 供质量可靠的高性能碳纤维及复合材料制品。 目前，恒神股份已建成年产国产碳纤维湿法纺产业化线 3 条， 产能 3000 吨 （其中 T300 级碳纤维 2 条，产能 2000 吨； T700 级碳纤维 1 条，产能 1000 吨 ） 。在建干喷湿法纺、湿法纺丝生产线各 1 条，单线产能 1000 吨，生产 T700/800 级碳纤维。 中复神鹰碳纤维有限责任公司 中复神鹰碳纤维有限责任公司由中国复合材料集团有限公司、连云港鹰游纺机有限责任公司和江苏奥神集团有限责任公司于 2008 年 共同出资成立，注册资本为 27000 万元。公司现有碳纤维原丝产能 12000 吨，碳纤维产能 5000 吨，是国内第一家实现千吨级纤维产业化生产的企业，是国内第一家研发出干喷湿纺技术制备高性能碳纤维 的企业，公司自主研发建成的全套高性能碳纤维原丝和碳化生产线， 掌握了超大容量聚合、干喷湿纺、均质预氧化碳化等核心技术工艺和 关键设备制造，并能批量规模化稳定生产 SYT49（ 相当于 T700S 级 ） 、