中国碳纤维产业是如何做到全球第一的？,中国碳纤维第一人
众所周知，中国是全球第一制造业大国，在传统产业上的优势无人能及。
中国的钢铁、水泥、化肥、纺织、造船等传统产业都是全球第一，部分产业在全球的市场份额甚至超过一半。
但是有一些人认为这些传统产业不重要，未来国家竞争的关键是高科技前沿产业。
那么中国高科技前沿产业的发展情况如何？
中国高科技前沿产业在全球是领先还是落后？
从本文开始，我将推出一个全新的专题——中国高科技前沿产业发展分析。
这个专题将着重介绍中国高科技前沿产业的发展情况，与发达国家（主要是美国）的对比和竞争前景。
图1：中国碳纤维产能全球占比
碳纤维是一种性能优异的新材料，而中国也是全球最大的碳纤维生产国。
2024年中国碳纤维的产能达到15.0万吨，在全球碳纤维总产能中的占比达到48.6%。
中国碳纤维的产能远远超过世界其他国家：美国（5.23万吨）、日本（2.47万吨）、韩国（1.47万吨）以及欧洲国家（产能都不到1万吨）。
但是在十年前，中国的碳纤维工业还十分落后，炭纤维产量只有几千吨。
即使到了2020年，中国的碳纤维产能仍然低于美国和日本。
2021年中国碳纤维产能首次超过美国和日本达到全球第一，2024年中国碳纤维产能在全球的占比接近50%。
中国的碳纤维产业是如何在短短的几年内发展到全球第一的？
一、全球碳纤维产业发展简史
图2：碳纤维
碳纤维是一种含碳量高达 90% 以上的无机高分子纤维，由聚丙烯腈（或沥青、粘胶）等有机母体纤维采用高温分解法制成。
碳纤维可制成碳纤维织物和碳纤维预浸料，碳纤维与树脂、陶瓷等材料结合可形成碳纤维复合材料，最后由各种成型工艺得到下游应用需要的最终产品。
图3：碳纤维性能及应用
碳纤维具有优异的力学性能：碳纤维复合材料的抗拉强度是钢的7~9倍，具有最高比强度和最高比模量，但比重不到钢的1/4。
碳纤维耐腐蚀、耐高温、耐摩擦、抗疲劳、导电及导热性能高，广泛用于航空航天、能源装备和工程机械等产业，是国防军工和国民经济的重要材料。
图4：日本东丽碳纤维产品分类
碳纤维最早在美国诞生，1892年爱迪生取得了碳纤维长丝制备发明专利，这是碳纤维的第一次商业化应用。
1959年日本大阪工业以聚丙烯腈为原料成功制备出碳纤维，使得碳纤维大规模生产成为可能，奠定了现代碳纤维工业的技术基础。
日本东丽公司是全球碳纤维产业发展的代表，日本东丽在1971 年实现了碳纤维的工业化生产，是全球碳纤维产业的先驱。
日本东丽至今仍然是全球最大的碳纤维生产企业，东丽碳纤维产品的分类标准如T300、T700、T1000、M50J等至今仍然是全球碳纤维产业的参照。
图5：2024年碳纤维消费结构
碳纤维最早用于制造钓鱼竿和高尔夫球杆等体育用品，80年代开始逐步用于航天航空产业。
在21世纪，碳纤维的最大应用领域是风力发电机：碳纤维低密度和高拉伸强度的特性使其是制造风力发电机叶片的最佳材料。
除此之外，碳纤维在其它工业领域也有广泛应用，例如压力容器、汽车、工程机械等。
图6：碳纤维需求量1970~2020
碳纤维性能优异但价格昂贵，全球碳纤维的需求量一直都不大。
八十年代全球碳纤维消费量只有几千吨的规模，在九十年代才超过1万吨。
碳纤维复合材料需求的扩大第一次是航空航天产业推动的：
波音、空客为了减轻飞机的重量从70年代开始探索碳纤维复合材料的应用，到80年代波音 757、767和航天飞机开始使用东丽T300 碳纤维。
在21世纪开发的新机型中，波音787在机身和主要结构中碳纤维复合材料使用的比例超过50%，空客公司在A350 XWB 项目中碳纤维复合材料使用的比例达到53%。。
图7：碳纤维需求量2024
2000年后，碳纤维复合材料的应用从航空航天向其它工业领域扩展，碳纤维的生产规模不断扩大、成本进一步降低。
新能源领域逐步成为碳纤维重要的应用领域，不论是风力发电机叶片的制造，还是光伏行业多晶硅和单晶硅生产中碳碳复材的使用。
2007 年Zoltek与风力发电机制造商维斯塔斯合作，在风机叶片中使用碳纤维。2024年风机叶片使用的碳纤维高达4.4万吨，是碳纤维最大的使用领域。
全球碳纤维的需求量在2008年达到3.84万吨，2020年增长到10.68万吨，2024年进一步增长至15.61万吨。
二、中国碳纤维产业的发展
图8：中国碳纤维产量
中国虽然早在60年代就开始了碳纤维技术的研究，但产业发展十分缓慢，一直到90年代都未能解决碳纤维的量产问题。
与此同时，以日本东丽为代表的海外碳纤维生产企业早已实现了规模化生产，中国碳纤维产业与海外先进水平的差距越来越大。
一直到2010年中国的碳纤维产量只有450吨，在全球碳纤维总产量中的占比不到1%。
图9：2012年全球主要碳纤维生产企业
中国碳纤维工业虽然与国外的技术差距很大，但是一直都未停止过发展。
2000年后两院院士师昌绪大力提倡发展碳纤维产业并得到了政府的重视，碳纤维技术在国家863、973计划中都是重点研发项目。
中国在碳纤维技术研发上的坚持终于迎来了回报：
2004年，吉林石化和长春工业大学成功突破了T300碳纤维及原丝的稳定生产关键技术，在吉林石化建成小丝束聚丙烯腈原丝中试装置。
2005年4月，光威复材的CCF-1碳纤维（相当于T300）也通过了863计划验收，达到世界先进水平。
2005~2010年，国产T300 级碳纤维实现了全工艺流程的贯通并具备了量产能力，实现了千吨级T300 级碳纤维的产业化。
国产航空用T300 级碳纤维及其复合材料的性能达到东丽T300 的水平，中国碳纤维产业完成了第一个技术节点的追赶。
图10：中复神鹰碳纤维生产技术突破过程
中复神鹰是国内最大的碳纤维生产企业之一，中复神鹰碳纤维技术的突破过程是中国碳纤维工业技术发展的代表。
中复神鹰2005年开始启动碳纤维项目，2008年建成了千吨碳纤维（相当于T300级）生产线，初步实现了0-1的突破。
2012年，中复神鹰突破了碳纤维干喷湿纺产业化技术并建成了我国首条千吨级碳纤维干喷湿纺生产线，实现了规模化生产技术的突破。
2017年和2019年，中复神鹰先后建成了T800级和T1000级碳纤维量产线，高端碳纤维产品的种类不断完善。
2020 年中复神鹰西宁基地万吨碳纤维项目建成投产，这是中复神鹰发展的里程碑，此后公司产能进入快速扩张期。
图11：2020年中国碳纤维企业产能
在中复神鹰不断突破碳纤维生产技术以及建设扩大产能的同时，中国其它碳纤维生产企业如吉林化纤、上海石化、光威复材、中简科技等同样实现了技术突破并开始大规模建设产能。
中复神鹰投资50亿元在西宁建设了年产20000吨碳纤维的生产基地；
上海石化投资35亿元建设年产24000吨原丝，12000吨大丝束碳纤维项目；
吉林化纤集团计划在十四五期间完成20万吨原丝、6万吨碳纤维及1万吨复合材料的项目建设。
图12：中国碳纤维产能
随着技术的突破，中国碳纤维工业产能开始快速增长：2019-2023 年是中国碳纤维产能扩张速度最快的时期，五年产能翻近五倍！
2021年中国碳纤维产能就超过美国和日本达到全球第一，此后中国碳纤维产能进一步扩大，中国产能在全球的占比不断提高。
2024年中国碳纤维的产能达到15.0万吨，在全球碳纤维总产能（30.9万吨）中的占比达到48.6%。
图13：中复神鹰万吨碳纤维生产基地投产
从60年代到2020年整整六十年，中国碳纤维工业都只是跟随者，都只能仰视日本东丽、美国卓尔泰克、德国SGL集团等国际碳纤维巨头。
在完成技术突破之后，中国碳纤维企业在短短几年之内就在产能上完成了对国际碳纤维巨头的赶超。
虽然中国的碳纤维企业在产品质量、性能、回收率、生产成本等指标上与日本东丽等国际碳纤维巨头还有一定的差距，但这个差距不再是那种遥不可及的差距。
中国通过几十年的艰苦奋斗成为碳纤维生产大国，这是无可争议的事实。
三、中国与外国碳纤维产业的对比
图14：2024年各国碳纤维产能对比
从国家层面来看，中国碳纤维产业已经达到全球第一。
2024年中国碳纤维产能是15.01万吨，中国产能占全球总产能的比例是48.6%。
美国和日本以5.23万吨和2.47万吨产能分别位居全球第二和第三，占全球总产能的比例分别是16.9%和8.0%。
墨西哥、韩国和匈牙利三国的碳纤维产能也在1万吨以上，除此之外其他国家的碳纤维产能都低于1万吨，包括所有欧洲国家。
中国碳纤维产能远远超过世界其他国家：
中国碳纤维产能是美国的2.9倍，是日本的6.1倍。
从绝对值来看，世界其他国家与中国在碳纤维产能上的差距基本都超过10万吨！
图15：中美日三国产能对比
中国的碳纤维产能主要是2020年以后建成的。
2018年中国的碳纤维产能还只有2.68万吨，低于美国和日本。
2020年中国的碳纤维产能增长至3.62万吨，超过日本并且与美国基本持平。
2020年以后才是中国碳纤维产业的高速发展时期，从2020年到2024年中国碳纤维产能增加了11.39万吨，远超过美国的1.5万吨。
正是由于这个时期的高速发展，中国碳纤维产能才达到全球第一。
图16：碳纤维企业产能对比
从企业层面来看，中国碳纤维生产企业已经处于世界前列。
2024年全球最大的碳纤维生产企业是日本东丽，东丽（含卓尔泰克）的碳纤维总产能达到6.38万吨。
中国碳纤维生产企业吉林化纤和中复神鹰分别位于全球第二和第三，产能分别是5.40万吨和2.85万吨。
在全球前十位的碳纤维生产企业中，中国企业占据了3个席位；在全球排名11~20位的碳纤维生产企业中，中国企业更是占据了7个席位。
中国的碳纤维生产企业仍在快速扩张过程中，未来中国碳纤维企业的排名将更加靠前。
图17：中复神鹰碳纤维产品与东丽对比
从主要碳纤维产品规格来看，中国企业在碳纤维产品性能上已经可以媲美日本东丽。
中国碳纤维企业已经实现了T300、T700、T800、T1000/1100、M35J等规格碳纤维的量产，补上了在产品种类上的短板。
在中复神鹰量产的各种规格碳纤维产品中，国产碳纤维的性能基本都由于日本东丽同类产品。
图18：中简科技碳纤维产品与东丽对比
中国碳纤维企业在产品性能上的突破不是个例而是全面性的。
民营企业中简科技各规格碳纤维产品的性能同样由于日本东丽同类产品。
图19：中国碳纤维自给率
正是由于中国碳纤维产业的快速发展，中国碳纤维的自给率才能不断提高，对进口的依赖程度才能不断下降。
2015年中国国内使用的碳纤维自给率还不到15%，2020年自给率也只有37.7%。
2022年国产碳纤维在本国市场的份额首次超过一半达到60.5%，到2024年碳纤维自给率进一步上升至80.5%。
图20：中国市场碳纤维价格
从绝对价格水平来看，2024年中国市场国内碳纤维的平均价格仅次于日本进口而高于其他国家进口的碳纤维。
绝对价格水平的对比说明了中国碳纤维产品结构的完善，只有日本的高端碳纤维产品超过中国。
中国碳纤维产业不仅完成了生产规模上的超越，也基本完成了产品结构上的超越。
除此之外，中国碳纤维产业的发展使得碳纤维价格在国内需求大幅增长时没有出现持续上涨，显著支持了下游产业的发展。
当然，中国碳纤维产业在部分产品性能、生产经营指标上与发达国家的领先企业仍然存在一些差距，这是我们必须承认的客观事实。
但是从整体上看，中国碳纤维产业已经一览众山小了！
四、中国碳纤维产业为什么能赶超发达国家？
日本东丽公司几乎是碳纤维产业的代名词。
东丽公司最早将碳纤维商业化，东丽的产品分类标准至今仍然是全球碳纤维行业的参照。
东丽公司之所以能够长期引领全球碳纤维产业的发展，技术先发优势和下游配套产业需求是主要的原因。
日本企业最早开发了以聚丙烯腈为原料成功制备碳纤维的技术，这是碳纤维产业化的起点；
来自航空航天工业的需求是八九十年代碳纤维最主要的用途，特别是航空工业的需求推动了碳纤维产业的发展。
图21：中国制造的大型风电叶片
中国碳纤维产业在2010年前的落后，不仅仅是在碳纤维生产技术和产品开发上的落后，中国碳纤维下游产业的发展同样落后。
中国航空工业的发展落后，导致中国碳纤维长期只有少量的军用需求，这种需求规模无法支持碳纤维产业大规模投资和研发。
2020年后中国的碳纤维产业为什么能快速发展起来？
因为中国同时解决了碳纤维产业发展中供给和需求的问题。
在供给方面：以中复神鹰、光威复材为代表的多家碳纤维生产企业都突破了生产技术问题，能够实现碳纤维的批量生产，并且成功开发出了下游行业需要的各种高性能碳纤维产品。
在需求方面：2020年前后碳纤维产业最大的增量需求来自风力发电机叶片的制造，中国恰好是风力发电机最大的生产国。
除此之外，以光伏产业、无人机、新能源汽车为代表的民用需求和以隐身战斗机为代表的军用需求，中国都超过其他国家。
中国碳纤维产业解决了供给和需求的问题，因此在2020年当然可以快速发展起来。
图22：碳纤维未来的应用
中国碳纤维产业作为追赶者还充分享受到了后发优势。
历史上日本东丽生产规模的扩张先后经历了年产百吨的生产线、年产千吨的生产线，而2020年后中国碳纤维企业建设的生产线直接是几千吨级起步，甚至不乏万吨级的生产基地。
实际上全球碳纤维产能超过1万吨的企业都没有几家，中国企业建设万吨规模的生产线后一下子就超过大多数的外国企业。
欧洲的碳纤维生产企业为什么过去几年都没有扩张？
最主要的原因是欧洲在新能源、无人机等前沿产业发展上的落后。
欧洲在风力发电、光伏、无人机等产业上无法和中国竞争，这些产业没有发展起来就无法带来对下游碳纤维产业的需求。
欧洲的碳纤维产业只能依靠原有的优势产业如大型客机、高端机械产品的支撑，但是这些产业的支撑将越来越无力。
图23：CR929飞机机体
从供应端来看，中国不缺资金、不缺技术、不缺人才，供给要素十分充足。
经过几十年的追赶中国在大部分产业领域都达到全球领先，产业基础十分强大。
从需求端来看，中国拥有全球最大单一市场，任何产业的需求规模都足够大。
中国前沿产业发展的条件是全球最好的，未来我们将看到更多领先的前沿产业。
我们将见证中国引领前沿产业的发展！
本文的行业数据主要参考广州赛奥碳纤维技术公司历年全球碳纤维复合材料市场报告，部分图片也是来自这些报告，作者林刚。
在此表示感谢！
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