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碳纖維功能材料行業(yè)發(fā)展趨勢、技術(shù)特點及競爭格局分析
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-09-27

1、碳纖維功能材料行業(yè)發(fā)展趨勢

（1）下游應(yīng)用場景不斷拓展，潛在市場空間較大

近年來，除熱場保溫材料外，還涌現(xiàn)出許多碳纖維功能材料的新應(yīng)用場景。全釩液流電池（Vanadium Redox Flow Battery，VRB）是一種全生命周期成本低、安全性高、壽命長、環(huán)境友好、技術(shù)成熟度高的長時儲能技術(shù)。全釩液流電池系統(tǒng)主要由電堆、電解液及循環(huán)泵等其他結(jié)構(gòu)性部件構(gòu)成，碳?xì)趾褪洑忠蚓哂腥S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好以及高電導(dǎo)率等特性，目前是全釩液流電池的首選電極材料。

碳纖維紙可用作燃料電池的氣體擴(kuò)散層（GDL）。目前燃料電池在國內(nèi)已逐步從示范運營階段過渡到商業(yè)化階段，氣體擴(kuò)散層作為燃料電池電堆的重要組成部分，起機(jī)械支撐、收集電流、傳導(dǎo)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水的作用，碳纖維紙因其制造工藝成熟、性能穩(wěn)定，成為氣態(tài)擴(kuò)散層材料的主流選擇。碳材料還可用于制備鉛碳電池的負(fù)極材料。傳統(tǒng)鉛酸電池具有構(gòu)造簡單、成本低廉、安全性高的特點，但其缺點在于電池的衰減速度快，使用壽命有限。

近年來，采用碳材料與電池特性海綿鉛混合組成負(fù)極的鉛碳電池由于比傳統(tǒng)鉛酸電池具有更好的低溫啟動能力、充電接受能力和大電流充放電性能，逐步替代鉛酸電池，目前主要用于固定式儲能和電動車等交通工具領(lǐng)域。多孔碳纖維材料目前可用于鋰離子電池的電極材料，其與其他電極材料相比，具有成本低、化學(xué)穩(wěn)定性高、電子響應(yīng)速度快、比表面積高、孔結(jié)構(gòu)可調(diào)等優(yōu)點，是一種具有良好發(fā)展前景的儲能電極材料。

預(yù)氧纖維氈可與納米二氧化硅或金屬類氣凝膠復(fù)合制成柔性保溫氈，其導(dǎo)熱系數(shù)低，有一定的抗拉及抗壓強(qiáng)度，廣泛用于工業(yè)管道、儲罐、工業(yè)爐體、電廠等領(lǐng)域的保溫。綜上所述，隨著碳纖維功能材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其市場前景較為廣闊。

（2）國產(chǎn)化進(jìn)程加速，部分細(xì)分領(lǐng)域仍存在國產(chǎn)化空間

我國碳纖維功能材料行業(yè)起步較晚，受行業(yè)技術(shù)突破和下游需求刺激影響，近十年發(fā)展速度較快。以光伏碳纖維保溫材料為例，2015 年之前，以美國摩根、德國西格里為代表的國外企業(yè)由1-1-107于研發(fā)積累較早、產(chǎn)品性能領(lǐng)先在國內(nèi)市場占有率領(lǐng)先。2015 年以后，以弘昌新材為代表的國內(nèi)企業(yè)逐漸突破碳纖維保溫材料裝備制造和生產(chǎn)工藝技術(shù)，制備的產(chǎn)品在綜合性能和成本方面較國外產(chǎn)品具有優(yōu)勢，光伏用碳纖維保溫材料逐漸實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)。

然而目前部分碳纖維功能材料領(lǐng)域仍存在國產(chǎn)化空間，典型代表為高純度碳纖維氈。高純度碳纖維氈是指灰分低于 50ppm 的碳纖維氈，可用于對熱場保溫材料純度要求更高的半導(dǎo)體單晶爐及光纖拉伸爐。高純度碳纖維氈制備難度和成本較高，目前掌握該技術(shù)和國內(nèi)市場份額的企業(yè)以國外碳纖維企業(yè)為主，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品的市場占有率較低，高純度碳纖維氈市場是國內(nèi)企業(yè)未來突破的重點方向和市場機(jī)遇之一。

（3）行業(yè)競爭對企業(yè)產(chǎn)品品控和降本增效能力提出較高要求

隨著下游光伏晶硅制造行業(yè)、半導(dǎo)體制造行業(yè)持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，熱場保溫材料作為其重要耗材，市場規(guī)模隨之增加。國內(nèi)碳纖維保溫材料生產(chǎn)企業(yè)也進(jìn)入擴(kuò)產(chǎn)階段，市場供給增加，行業(yè)競爭加劇，導(dǎo)致近年來碳纖維保溫材料市場價格整體呈下降趨勢，對企業(yè)產(chǎn)品品控和降本增效能力提出更高要求。只有具備較強(qiáng)產(chǎn)品品控和降本增效能力的企業(yè)才能獲得下游客戶的認(rèn)可，并在市場競爭中具備持續(xù)盈利能力。

2、碳纖維功能材料行業(yè)技術(shù)水平及特點

碳纖維功能材料的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，工藝流程長，涉及多種生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性受諸多因素影響。以石墨軟氈和石墨硬氈為例，石墨軟氈生產(chǎn)過程中的主要工藝參數(shù)包括預(yù)氧化、碳化和石墨化等過程的溫度及其梯度分布、氣氛、加工時間等，通常預(yù)氧化加工所用預(yù)氧爐有 12-14 個溫區(qū)，連續(xù)式碳化石墨化爐有約 16 個溫區(qū)，產(chǎn)品表面形貌、灰分、導(dǎo)熱系數(shù)等特征與每個溫區(qū)的加工溫度、加工時間、張力和爐內(nèi)氣體純度密切相關(guān)。石墨硬氈生產(chǎn)過程中的主要工藝參數(shù)包括熱壓機(jī)及真空石墨化爐的加工溫度和時間等。產(chǎn)品的穩(wěn)定性和品質(zhì)依賴于生產(chǎn)工藝的持續(xù)研發(fā)和經(jīng)驗積累。同時，石墨軟氈和石墨硬氈生產(chǎn)還涉及針刺機(jī)、預(yù)氧爐、連續(xù)碳化石墨化爐、真空爐等多種生產(chǎn)設(shè)備的裝配，制備工藝較為復(fù)雜。

3、碳纖維功能材料行業(yè)特有的經(jīng)營模式及特征

（1）周期性

特征碳纖維功能材料行業(yè)受下游行業(yè)產(chǎn)品滲透率、產(chǎn)能擴(kuò)張進(jìn)度和開工率等因素影響，行業(yè)周期性與下游應(yīng)用行業(yè)發(fā)展周期密切相關(guān)。由于光伏行業(yè)近年來擴(kuò)張速度明顯，對單晶硅產(chǎn)量的需求提升，單晶硅生產(chǎn)企業(yè)紛紛擴(kuò)產(chǎn)新建單晶拉制爐，光伏熱場碳纖維保溫材料作為生產(chǎn)單晶硅的必備耗材，行業(yè)需求擴(kuò)張明顯。

若未來光伏行業(yè)需求增速下降，單晶硅制造企業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張進(jìn)度放緩或開工率降低，其上游的光伏熱場碳纖維保溫材料行業(yè)將受影響。但由于碳纖維功能材料具有耗材屬性，其消耗速度同時取決于單晶硅片產(chǎn)能擴(kuò)張情況和產(chǎn)量兩種因素，在光伏行業(yè)長期增長趨勢確定的背景下，其行業(yè)周期性特征弱于下游光伏行業(yè)價格波動周期。

（2）區(qū)域性特征

以石墨軟氈、石墨硬氈為代表的碳纖維保溫材料目前主要應(yīng)用于光伏熱場領(lǐng)域，由于目前全球主要的光伏硅片產(chǎn)能集中在我國，而考慮到生產(chǎn)成本、配套設(shè)施、終端應(yīng)用場景等因素，目前國內(nèi)光伏硅片生產(chǎn)廠商主要集中在西北、華北、西南地區(qū)，碳纖維保溫材料的需求也主要集中在上述地區(qū)。國內(nèi)碳纖維功能材料生產(chǎn)企業(yè)也會綜合考慮市場需求、生產(chǎn)成本、運輸半徑、客戶響應(yīng)速度等因素重點在上述地區(qū)建設(shè)生產(chǎn)基地。

（3）季節(jié)性特征

由于光伏、熱處理設(shè)備、半導(dǎo)體等下游行業(yè)無明顯的季節(jié)性特征，目前國內(nèi)碳纖維功能材料行業(yè)無明顯的季節(jié)性特征。

4、 碳纖維功能材料行業(yè)競爭格局

（1）行業(yè)競爭情況

碳纖維功能材料行業(yè)的技術(shù)和工藝門檻較高，以德國西格里、美國摩根、法國美爾森、日本吳羽株式會社為代表的國際碳纖維巨頭研發(fā)時間較早，憑借規(guī)?；a(chǎn)在產(chǎn)品性能和價格上占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，在 2015 年以前是國內(nèi)碳纖維保溫材料的主要供應(yīng)商。2015 年弘昌新材通過自主研發(fā)率先掌握了碳纖維保溫材料的批量制備技術(shù)，之后國內(nèi)企業(yè)通過技術(shù)研發(fā)和工藝迭代實現(xiàn)了對國外部分產(chǎn)品的趕超，目前光伏熱場碳纖維保溫材料已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)。國內(nèi)代表性碳纖維功能材料生產(chǎn)企業(yè)包括弘昌新材、米格新材、億達(dá)碳業(yè)、郝氏炭纖維等。

（2）目前國內(nèi)外碳纖維功能材料主要生產(chǎn)企業(yè)情況如下：

德國西格里（SGL CarbonSE）

德國西格里（SGL Carbon SE）是德國 SIGRI 股份有限公司和美國大湖碳素公司于 1992 年合并而成，是全球領(lǐng)先的碳素石墨材料及相關(guān)產(chǎn)品制造商之一，擁有從碳、石墨產(chǎn)品到碳纖維及碳/碳復(fù)合材料在內(nèi)的完整生產(chǎn)線，其產(chǎn)品在鋼鐵、煉鋁、汽車制造、化工、電子半導(dǎo)體、光伏和 LED 產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用，在風(fēng)能、航天航空、國防工業(yè)等領(lǐng)域的碳素石墨材料及其相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用也呈上升趨勢。

美國摩根（MorganAdvancedMaterials plc）

摩根先進(jìn)材料（Morgan Advanced Materials plc）是一家全球領(lǐng)先的先進(jìn)材料公司，公司成立于 1856 年，在材料科學(xué)、專業(yè)制造和應(yīng)用工程領(lǐng)域具有全球領(lǐng)先的實力，公司主要產(chǎn)品包括先進(jìn)陶瓷、電碳材料、特種石墨、密封軸承、石墨保溫產(chǎn)品等，應(yīng)用于半導(dǎo)體、能源、交通、工業(yè)、石化、安防等領(lǐng)域。

法國美爾森

法國美爾森（Mersen SA）成立于 1891 年，是世界領(lǐng)先的工業(yè)電子元（Mersen SA） 件和高性能材料生產(chǎn)商之一，公司的主要產(chǎn)品包括電源管理器件、電力保護(hù)及控制器件、抗腐蝕設(shè)備、特種石墨及高溫保溫材料等，應(yīng)用于能源、電子、運輸?shù)阮I(lǐng)域。

吳羽株式會社

吳羽株式會社創(chuàng)立于 1944 年，是一家以生產(chǎn)特殊化學(xué)品和樹脂為主的國際化集團(tuán)公司，以高功能新材料、醫(yī)藥與農(nóng)藥、高阻隔性包裝材料三大領(lǐng)域業(yè)務(wù)為中心，公司擁有碳纖維、硬碳材料等核心技術(shù)與產(chǎn)品，也是世界上為數(shù)不多的聚偏二氟乙烯（PVDF）樹脂生產(chǎn)制造商，公司產(chǎn)品廣泛用于食品、醫(yī)藥、能源、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

日本東洋炭素株式會社

日本東洋炭素株式會社成立于 1947 年，主要從事特種石墨及制品、電碳制品、碳/碳復(fù)合材料、石墨紙、碳保溫材料等高性能碳產(chǎn)品的制造，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家電、環(huán)保、能源、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。

米格新材

米格新材成立于 2019 年，主要從事功能性碳基材料及制品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品包括黏膠基/PAN 基石墨軟氈、石墨硬質(zhì)復(fù)合氈等，廣泛應(yīng)用于光伏晶硅制造熱場、半導(dǎo)體熱場、粉末冶金熱場等場景。

億達(dá)碳業(yè)

億達(dá)碳業(yè)成立于 2011 年，主要從事碳?xì)?、石墨軟氈等碳纖維及其復(fù)合材料制品研發(fā)和生產(chǎn)，主要為國內(nèi)外客戶提供系列碳基材料與產(chǎn)品技術(shù)解決方案，產(chǎn)品主要定位于太陽能光伏、半導(dǎo)體、儲能、真空熱處理、藍(lán)寶石和光纖制造等領(lǐng)域。

郝氏炭纖維

郝氏炭纖維成立于 2003 年，主要從事石墨軟氈和石墨硬氈及炭復(fù)合材料的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品主要應(yīng)用于真空冶金、化工新材料、橋梁建造、軌道交通、太陽能光伏、航空航天等領(lǐng)域。

因達(dá)孚

因達(dá)孚成立于 2017 年，主要從事碳纖維保溫隔熱材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，主要產(chǎn)品包括黏膠基石墨硬氈等產(chǎn)品。

杭州幄肯

杭州幄肯成立于 2017 年，主要從事高溫?zé)釄霾牧涎邪l(fā)及生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括碳纖維熱場材料、高純石墨材料、碳/碳復(fù)合材料、SiC 涂層產(chǎn)品及碳纖維復(fù)合材料等。產(chǎn)品廣泛運用于 SiC 及化合物半導(dǎo)體長晶、半導(dǎo)體級大硅片長晶、光伏長晶、光通信預(yù)制棒生長及光纖拉絲、藍(lán)寶石&LED 晶體生長、高端熱處理與冶金行業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域。

奧億達(dá)

奧億達(dá)成立于 2011 年，主要從事碳纖維保溫材料應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)與制造，產(chǎn)品包括包覆瀝青基碳纖維、熱場材料、碳纖維材料，產(chǎn)品主要應(yīng)用于光伏、半導(dǎo)體、儲能系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域。

弘昌新材

安徽弘昌新材料股份有限公司成立于2014年,位于安徽省淮北市濉溪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),是一家集碳纖維及制品研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售與服務(wù)的國家高新技術(shù)企業(yè),產(chǎn)品涉及PAN基、瀝青基、黏膠基、預(yù)氧纖維等。

5、進(jìn)入碳纖維功能材料行業(yè)的主要壁壘

①技術(shù)壁壘

碳纖維功能材料行業(yè)具有一定的技術(shù)和工藝門檻，原材料和輔料的配方、各項工序的加工技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的工藝參數(shù)均會影響產(chǎn)品質(zhì)量。在石墨軟氈的加工過程中，碳纖維原絲編織針刺的配方、針刺方法、白氈浸漬烘干的阻燃催化劑配方、預(yù)氧化和連續(xù)碳化石墨化中預(yù)氧爐和連續(xù)碳化石墨化爐各溫區(qū)的加工溫度、時間、張力和爐內(nèi)氣體純度，均會影響產(chǎn)品的性能參數(shù)。

在石墨硬氈的生產(chǎn)過程中，熱壓機(jī)及真空石墨化爐的加工溫度和時間也會影響產(chǎn)品的性能參數(shù)。行業(yè)內(nèi)企業(yè)需要較長時間的技術(shù)儲備、經(jīng)驗積累和生產(chǎn)調(diào)試才能保證產(chǎn)品成品率及性能穩(wěn)定性。同時，企業(yè)需要針對下游客戶的差異化需求調(diào)整產(chǎn)品的各項性能指標(biāo)，因此行業(yè)外的企業(yè)進(jìn)入本行業(yè)存在一定的技術(shù)壁壘。

②客戶壁壘

只有在產(chǎn)品性能指標(biāo)、供貨能力及交貨期限等方面受到客戶認(rèn)可的供應(yīng)商，方能進(jìn)入其合格供應(yīng)商名錄，在確定供應(yīng)商名單后，不會輕易發(fā)生變更。因此對于潛在新進(jìn)企業(yè)而言，很難在短期內(nèi)進(jìn)入行業(yè)內(nèi)知名客戶的供應(yīng)鏈體系，行業(yè)存在一定的客戶壁壘。

③資金壁壘

碳纖維功能材料行業(yè)涉及生產(chǎn)工藝流程較長，對設(shè)備投入、技術(shù)研發(fā)等方面都提出了較高的要求，行業(yè)資金投入較大。在設(shè)備投入方面，針刺機(jī)、預(yù)氧爐、連續(xù)碳化石墨化爐、真空石墨化爐等生產(chǎn)設(shè)備需要大量資金投入。在技術(shù)研發(fā)方面，企業(yè)需根據(jù)下游客戶的需求對現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)研發(fā)及產(chǎn)品迭代，同時針對新的應(yīng)用場景需進(jìn)行前瞻性研發(fā)，對研發(fā)投入的要求較高。

同時，由于行業(yè)下游客戶主要為大型知名光伏單晶硅制造企業(yè)，對付款信用期、付款方式等合同條款具有較強(qiáng)的議價能力，相應(yīng)形成的應(yīng)收賬款規(guī)模較大，對流動資金占用較大。因此行業(yè)資金壁壘較高。

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